JP4761258B2 - Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method - Google Patents

Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method Download PDF

Info

Publication number
JP4761258B2
JP4761258B2 JP2007555933A JP2007555933A JP4761258B2 JP 4761258 B2 JP4761258 B2 JP 4761258B2 JP 2007555933 A JP2007555933 A JP 2007555933A JP 2007555933 A JP2007555933 A JP 2007555933A JP 4761258 B2 JP4761258 B2 JP 4761258B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
frequency
optical fiber
intensity
output light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007555933A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPWO2007086357A1 (en
Inventor
和夫 保立
光容 宋
祖源 何
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tokyo NUC
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
University of Tokyo NUC
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Tokyo NUC, Yokogawa Electric Corp filed Critical University of Tokyo NUC
Priority to JP2007555933A priority Critical patent/JP4761258B2/en
Publication of JPWO2007086357A1 publication Critical patent/JPWO2007086357A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4761258B2 publication Critical patent/JP4761258B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/33Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face
    • G01M11/333Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter being disposed at one fibre or waveguide end-face, and a light receiver at the other end-face using modulated input signals
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/31Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides with a light emitter and a light receiver being disposed at the same side of a fibre or waveguide end-face, e.g. reflectometers
    • G01M11/3181Reflectometers dealing with polarisation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/30Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides
    • G01M11/39Testing of optical devices, constituted by fibre optics or optical waveguides in which light is projected from both sides of the fiber or waveguide end-face

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Description

本発明は、光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法に関し、特に被測定対象としての光ファイバ内に生ずる誘導ブリルアン散乱現象を利用して、光ファイバに加わる歪みなどを分布的にセンシングする光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法に関する。   The present invention relates to an optical fiber characteristic measuring apparatus and an optical fiber characteristic measuring method, and more particularly, to optically sense strain distributed to an optical fiber by utilizing a stimulated Brillouin scattering phenomenon that occurs in an optical fiber as an object to be measured. The present invention relates to a fiber characteristic measuring apparatus and an optical fiber characteristic measuring method.

光ファイバ中で生じるブリルアン散乱は、光ファイバに加わる歪みによって変化する。こうした現象を利用して、光ファイバの長さ方向に沿う歪みを分布的に測定する技術が構築されてきた。この測定技術は、ブリルアン散乱光の周波数変化を測定することで、歪みの大きさを測定できると共に、ブリルアン散乱光が戻ってくるまでの時間を測定することで、光ファイバの歪み箇所を特定することが可能なため、橋梁・橋脚,ビル,ダムなどの構造物や、航空機の翼・燃料タンクなどの材料に光ファイバを張り巡らせることで、これらの構造物や材料に加わる歪みの分布を知ることができる。そして、こうした歪みの分布から、構造物や材料の劣化や経年変化が分かり、防災や事故防止に役立てることができる。   Brillouin scattering that occurs in an optical fiber varies with strain applied to the optical fiber. Utilizing such a phenomenon, a technique for distributingly measuring strain along the length direction of an optical fiber has been constructed. This measurement technique can measure the magnitude of distortion by measuring the frequency change of the Brillouin scattered light, and also identifies the distortion point of the optical fiber by measuring the time until the Brillouin scattered light returns. Therefore, it is possible to know the distribution of strain applied to structures such as bridges, piers, buildings, dams, and other materials such as aircraft wings and fuel tanks. be able to. Such strain distribution can be used to understand deterioration and aging of structures and materials, and can be used for disaster prevention and accident prevention.

これまで知られていた歪み分布量の測定方法は、光パルスを光ファイバに入射し、後方に散乱されるブリルアン散乱光を時間分解で測定するものであった。しかし、このような光パルスによる時間領域の測定方法では、測定時間(数分から10分掛かる)が長く、空間分解能(1mが限界)に制限があることから、様々な構造物を動的に管理するような用途には不十分である。そのため、空間分解能が高く、より短時間に歪みなどが生ずる箇所を特定できるブレークスルー技術がユーザーから求められていた。   The strain distribution measurement method known so far is a method in which an optical pulse is incident on an optical fiber and Brillouin scattered light scattered backward is measured in a time-resolved manner. However, in the time domain measurement method using such an optical pulse, the measurement time (which takes several minutes to 10 minutes) is long, and the spatial resolution (1m is the limit) is limited, so various structures can be managed dynamically. This is insufficient for such applications. For this reason, there has been a demand for a breakthrough technique with high spatial resolution and capable of specifying a location where distortion occurs in a shorter time.

こうした要求に応えるべく、本願発明者らは特許文献1や特許文献2において、従来の光パルスの時間分解測定方法とは異なり、連続光の干渉状態を制御することによって、光ファイバの長さ方向に沿うブリルアン散乱の分布測定技術を提案し、特許も取得した。この技術は、BOCDA(Brillouin Optical Correlation Domain Analysis:ブリルアン散乱光相関領域解析)法として知られており、1cmの空間分解能と約60Hzのサンプリング速度が達成され、注目されている。   In order to meet these demands, the inventors of the present invention disclosed in Patent Documents 1 and 2 differed from the conventional time-resolved measurement method of optical pulses in that the length direction of the optical fiber is controlled by controlling the interference state of continuous light. Proposed a Brillouin scattering distribution measurement technique along the line and obtained a patent. This technique is known as BOCDA (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis) method, and has achieved a spatial resolution of 1 cm and a sampling speed of about 60 Hz, and has attracted attention.

ここで、ブリルアン散乱の原理について説明すると、一般的な光ファイバに光を入射した場合、光ファイバ材料の硝子分子が熱振動することにより発生する超音波のうち、波長が入射光波長の半分となる超音波が生じる。この超音波がもたらす硝子の周期的な屈折率の変化は、入射光に対してブラッグ回折格子として作用し、光を後方に反射する。これがブリルアン散乱現象である。反射光は超音波の速度に依存してドップラーシフトを受けるが、この周波数シフト量は光ファイバに加わる伸縮歪みで変化するので、当該シフト量を測定すれば、歪みを検知することができる。   Here, the principle of Brillouin scattering will be described. When light is incident on a general optical fiber, the wavelength of the ultrasonic wave generated by the thermal oscillation of the glass molecules of the optical fiber material is half the incident light wavelength. An ultrasonic wave is generated. The periodic refractive index change of the glass caused by this ultrasonic wave acts as a Bragg diffraction grating on the incident light, and reflects the light backward. This is the Brillouin scattering phenomenon. The reflected light undergoes a Doppler shift depending on the speed of the ultrasonic wave, but this frequency shift amount changes due to the stretching strain applied to the optical fiber, so that the strain can be detected by measuring the shift amount.

より具体的には、図22の原理図に示すように、半導体レーザや信号発生器を含む光源101から、被測定光ファイバFUT中に二つの周波数の異なる伝搬波、すなわち強いポンプ光と弱いプローブ光とを対向して伝搬させる。このとき、ポンプ光とプローブ光との間で特別な位相(周波数)の適合状態を満足すると(fpump=fprobe+νB:fpumpはポンプ光の中心周波数、fprobeはプローブ光の中心周波数、νBはブリルアン周波数である)、両波の相互作用によりポンプ光からプローブ光へ光子を散乱する音響フォノンが発生する。これは、誘導ブリルアン散乱として、プローブ光の増幅をもたらす。但し、ポンプ光とプローブ光の周波数差が大きく揺らぐと、誘導は抑圧される。More specifically, as shown in the principle diagram of FIG. 22, from the light source 101 including the semiconductor laser and the signal generator, two propagation waves having different frequencies, that is, strong pump light and weak probe, are measured in the measured optical fiber FUT. Propagate light in opposition. At this time, if a special phase (frequency) matching state is satisfied between the pump light and the probe light (f pump = f probe + ν B : f pump is the center frequency of the pump light, and f probe is the center frequency of the probe light. , Ν B is the Brillouin frequency), and acoustic phonons that scatter photons from the pump light to the probe light are generated by the interaction of both waves. This results in amplification of the probe light as stimulated Brillouin scattering. However, the induction is suppressed when the frequency difference between the pump light and the probe light fluctuates greatly.

特許文献1などにも記述されているように、BOCDA法の基本的な原理は、対向して伝搬するポンプ光とプローブ光に対して同じ周波数変調を与えることにより、被測定光ファイバFUTに沿って、位置に依存した強く先鋭な相関ピークを有する誘導ブリルアン散乱を周期的に発生させることにある。そのためBOCDA法では、光源101から出力する光を連続発振光とし、その発振周波数を正弦波状の繰り返し波形により変化させつつ、プローブ光の中心周波数fprobeとポンプ光の中心周波数fpumpとの差が、ブリルアン周波数νBの近傍になるように、図示しない光周波数変換器によりプローブ光の中心周波数fprobeを変化させる。これにより、ポンプ光とプローブ光の位相が非同期であり、両光の相関が低い殆どの位置では、散乱光を広い周波数範囲に渡って広げて薄める一方で、ポンプ光とプローブ光の位相が同期し、両光の相関が高い特別なcm程度の狭い領域(相関位置)では、本来のピーク状スペクトルをなす誘導ブリルアン散乱が発生する。そして、この相関位置を移動させることにより、誘導ブリルアン散乱による歪みの分布測定が可能になる。As described in Patent Document 1 and the like, the basic principle of the BOCDA method is that the same frequency modulation is applied to the pump light and the probe light propagating in opposition to each other along the optical fiber FUT to be measured. Thus, the stimulated Brillouin scattering having a strong and sharp correlation peak depending on the position is generated periodically. Therefore, in the BOCDA method, the light output from the light source 101 is continuously oscillated light, and the difference between the center frequency f probe of the probe light and the center frequency f pump of the pump light is changed while the oscillation frequency is changed by a sinusoidal repetitive waveform. The center frequency f probe of the probe light is changed by an optical frequency converter (not shown) so as to be close to the Brillouin frequency ν B. As a result, the phase of the pump light and the probe light is asynchronous, and in most positions where the correlation between the two lights is low, the scattered light is spread over a wide frequency range and thinned, while the phases of the pump light and the probe light are synchronized. However, in a narrow region (correlation position) of about a special cm in which the correlation between both lights is high, stimulated Brillouin scattering that forms the original peak spectrum occurs. Then, by moving the correlation position, it is possible to measure the distribution of distortion due to stimulated Brillouin scattering.

図22では、被測定光ファイバFUTの各位置に生じる誘導ブリルアン散乱のスペクトル形状が示されている。ここで、BGとはブリルアンゲインを意味し、Δνはポンプ光とプローブ光との周波数差を意味する。光源101からの周波数変調された光により、被測定光ファイバFUTの殆どの位置では、誘導散乱スペクトルが周波数軸上に広がって薄められるが、特別な位置(相関位置)では、ポンプ光とプローブ光との相対的な周波数差が一定となって、本来のローレンツ型スペクトルの誘導ブリルアン散乱が起きる。   FIG. 22 shows the spectral shape of stimulated Brillouin scattering that occurs at each position of the optical fiber FUT to be measured. Here, BG means Brillouin gain, and Δν means a frequency difference between pump light and probe light. The frequency-modulated light from the light source 101 causes the stimulated scattering spectrum to spread and thin on the frequency axis at most positions of the optical fiber FUT to be measured, but at a special position (correlation position), pump light and probe light. The relative frequency difference from the above becomes constant, and stimulated Brillouin scattering of the original Lorentz spectrum occurs.

また、前述のように光源101に対して正弦波周波数変調が与えられると、BOCDA法での空間分解能Δzと測定範囲(隣接する相関位置の間隔)dmは、次の数1と数2によってそれぞれ与えられる。Moreover, given sinusoidal frequency modulation with respect to the light source 101 as described above, d m (distance between adjacent correlated position) the spatial resolution Δz and the measurement range of the BOCDA method by an equation 1 and equation 2 Given each.

ここで、Vは被測定光ファイバFUT内における光の速度であり、ΔνBは被測定光ファイバFUTのブリルアンゲイン線幅(一般的なファイバでは〜30MHz)であり、fは光源101の周波数変調周波数であり、Δfは周波数変調の振幅である。特許文献1で説明されているように、相関ピークが発生する位置(相関位置)を測定対象の範囲内で1つだけ存在させるために、数2の式を利用して測定範囲dmを調整する。この場合、測定範囲dmは周波数変調周波数fに反比例することから、光源101の周波数変調の速さである周波数変調周波数fを下げて、その周波数変化を緩やかにすれば、0次〜n次の隣接する相関位置の間隔ひいては測定範囲dを広げることができる。但し、周波数変調周波数fを可変するだけでは、プローブ光とポンプ光との光路差が零となる0次の相関位置は変化しない。そのため、測定範囲dを保ったまま0次〜n次の相関位置を全て変化させるには、プローブ光またはポンプ光のいずれか一方の光路中に光遅延器を挿入すればよい。こうして、光源101の周波数変調周波数fを可変することにより、ブリルアンゲインスペクトルを測定する相関位置を変化させることができる。Here, V g is the velocity of light in the optical fiber to be measured FUT, .DELTA..nu B is the Brillouin gain linewidth of the measured optical fiber FUT (a typical fiber ~30MHz), f m is the light source 101 The frequency modulation frequency, and Δf is the amplitude of the frequency modulation. As described in Patent Document 1, because only one is present a position where the correlation peak occurs (correlation position) within the measurement target, adjust the measurement range d m by using Expression 2 To do. In this case, since the measurement range d m is inversely proportional to the frequency modulation frequency f m, by lowering the frequency modulation frequency f m is the speed of frequency modulation of the light source 101, if the frequency changes slowly, zero-order- n the following can increase the space thus measurement range d m of the adjacent correlation position. However, by simply varying the frequency modulation frequency f m is 0-order correlation position where the optical path difference is zero between the probe light and the pumping light does not change. Therefore, in order to all of the zero-order ~n order correlation position while maintaining the measurement range d m changes, may be inserted optical delay in one of the optical path either probe light or the pump light. Thus, by varying the frequency modulation frequency f m of the light source 101, it is possible to change the correlation position to measure the Brillouin gain spectrum.

また、測定範囲dを広げるために、周波数変調周波数fを下げてしまうと、今度は数1からも明らかなように、空間分解能Δzが劣化して大きな値となってしまう。そこで、測定範囲dを広げつつ、空間分解能Δzを高く維持するには、プローブ光とポンプ光の各スペクトルが重なリ合わない範囲内で、光源101の周波数変調の振幅(変調振幅)Δfを大きくすればよい。In order to increase the measurement range d m, the thus lowering the frequency modulation frequency f m, in turn, as is clear from Equation 1, becomes a large value deteriorates the spatial resolution Delta] z. Therefore, while expanding the measurement range d m, to maintain high spatial resolution Δz, within each spectrum of the probe light and the pumping light does not match overlap with Li, the frequency modulation of the light source 101 amplitude (modulation amplitude) Delta] f Should be increased.

BOCDA法では、おおよそブリルアン周波数νBに相当するポンプ光とプローブ光との周波数差(Δν)付近を掃引しながら、被測定光ファイバFUTの終端におけるプローブ光のブリルアンゲインBGを検出し記録する測定手段を備えている。ここで被測定光ファイバFUTの端部から得られるブリルアンゲインのスペクトル形状(本測定法の出力)は、相関位置で生じたローレンツ型スペクトル(実信号)と、その他の位置で生じた広いスペクトルの積算値(雑音)との和になる。すなわち、これを図23で説明すると、この図23では、相関位置に歪みを与えない場合(上段の図)と、相関位置に歪みを与えた場合(下段の図)において、各検出出力のスペクトル形状が示されており、当該スペクトル形状は、相関ピークからの実信号S1の成分と、相関位置以外の全ての各位置からのノイズS2の成分とに分けることができる。そして、相関ピークの位置に対して歪みや温度の変化が与えられると、図23の下段の図に示すように、実信号S1だけがオリジナルの周波数差Δνからシフトする。つまり、相関位置で生じたブリルアンゲインスペクトルのピークが、実信号S1としてその相関位置における歪みを表わすことになり、光源101の周波数変調の周波数(f)を変化させて相関位置を掃引し、且つそれぞれの相関位置でスペクトルのピーク周波数を特定すれば、被測定光ファイバFUTに沿った歪みの分布測定が可能になる。
特許第3667132号公報 特許第3607930号公報
The BOCDA method is a measurement that detects and records the Brillouin gain BG of the probe light at the end of the optical fiber FUT to be measured while sweeping around the frequency difference (Δν) between the pump light and the probe light corresponding to the Brillouin frequency ν B approximately. Means. Here, the spectrum shape of Brillouin gain obtained from the end of the measured optical fiber FUT (the output of this measurement method) is the Lorentz spectrum (actual signal) generated at the correlation position and the broad spectrum generated at other positions. It is the sum of the integrated value (noise). That is, this will be explained with reference to FIG. 23. In FIG. 23, the spectrum of each detection output is obtained when the correlation position is not distorted (upper diagram) and when the correlation position is distorted (lower diagram). The shape is shown, and the spectrum shape can be divided into a component of the real signal S1 from the correlation peak and a component of the noise S2 from all the positions other than the correlation position. When a distortion or temperature change is given to the position of the correlation peak, only the actual signal S1 shifts from the original frequency difference Δν as shown in the lower diagram of FIG. That is, the peak of the Brillouin gain spectrum generated at the correlation position represents the distortion at the correlation position as the actual signal S1, and the correlation position is swept by changing the frequency (f m ) of the frequency modulation of the light source 101. If the peak frequency of the spectrum is specified at each correlation position, the strain distribution along the optical fiber FUT to be measured can be measured.
Japanese Patent No. 3667132 Japanese Patent No. 3607930

上述した被測定光ファイバFUTの歪みなどの特性を分布測定する装置や方法では、測定対象となる被測定光ファイバFUTが長くなるほど、その測定範囲dを広げなければならず、相関位置以外の各位置で薄められた不要な成分が積算されて、ノイズS2が増大する。すなわち、測定手段で検出されるノイズS2のレベルは、全ての非相関位置からのブリルアンゲインスペクトルを合計したものであるため、実信号と雑音との間のピーク−ピーク比(SNR)は、一定の空間分解能Δzの下で測定範囲dが広がるほど減少する。そのため、特に図23の下段の図に示すように、歪みによる実信号S1のシフト周波数が大きい位置で、その信号ピークがノイズS2のレベルよりも小さくなって、歪みの分布計測が不可能になってくる。The apparatus and method of distribution measurement characteristics such as distortion of the measured optical fiber FUT described above, as the optical fiber to be measured FUT to be measured is long, must spread its measurement range d m, other than the correlation position Unnecessary components diluted at each position are integrated, and the noise S2 increases. That is, since the level of the noise S2 detected by the measuring means is the sum of the Brillouin gain spectra from all the uncorrelated positions, the peak-to-peak ratio (SNR) between the actual signal and the noise is constant. It decreases as the spread measurement range d m under spatial resolution Δz of. Therefore, as shown in the lower diagram of FIG. 23 in particular, at the position where the shift frequency of the actual signal S1 due to distortion is large, the signal peak becomes smaller than the level of the noise S2, and it becomes impossible to measure the distribution of distortion. Come.

このように、背景のノイズS2の成分は、被測定光ファイバFUTの特性を分布測定する上での精度劣化をもたらすと同時に、測定範囲dを制限する要因となっており、こうした不要な成分であるノイズS2を抑制することが求められていた。Thus, components of the noise S2 of the background is a factor at the same time results in degradation of accuracy in terms of distribution measuring characteristics of the measured optical fiber FUT, to limit the measurement range d m, such unnecessary components It has been desired to suppress the noise S2.

本発明は上記問題点に鑑み、非相関位置からの不要な成分を積算したノイズレベルを効果的に抑制することで、測定精度の向上を図ると共に、測定範囲を伸ばすことができる新規な光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法を提供することを、その目的とする。   In view of the above-mentioned problems, the present invention effectively suppresses a noise level obtained by integrating unnecessary components from uncorrelated positions, thereby improving the measurement accuracy and extending a measurement range. It is an object of the present invention to provide a characteristic measuring device and an optical fiber characteristic measuring method.

上記目的を達成するために、本発明における光ファイバ特性測定装置は、周波数変調された光を出力する光源部と、前記光源部からの出力光を周波数シフトさせ、被測定光ファイバの一端からプローブ光として入射させるプローブ光生成手段と、前記光源部からの出力光を、前記被測定光ファイバの他端からポンプ光として入射させるポンプ光生成手段と、前記ポンプ光と前記プローブ光との周波数差を掃引しながら、前記被測定光ファイバから出射される前記プローブ光のブリルアンゲインを検出し、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定手段とを備えた光ファイバ特性測定装置において、前記光源部の周波数変調に同期して、前記出力光の強度を変調させる強度変調手段を備えている。   In order to achieve the above object, an optical fiber characteristic measuring apparatus according to the present invention includes a light source unit that outputs frequency-modulated light, a frequency shift of output light from the light source unit, and a probe from one end of the optical fiber to be measured. A probe light generating means for making the light incident, pump light generating means for making the output light from the light source unit incident as pump light from the other end of the optical fiber to be measured, and a frequency difference between the pump light and the probe light In the optical fiber characteristic measuring device, the light source unit includes a measuring unit that detects a Brillouin gain of the probe light emitted from the optical fiber to be measured while measuring the characteristic of the optical fiber to be measured. Intensity modulation means for modulating the intensity of the output light is provided in synchronization with the frequency modulation.

この場合、前記強度変調手段は、前記出力光の周波数が変動中心に近づくにしたがって、その強度を最大値に近づけると共に、当該出力光の周波数が上限と下限に近づくにしたがって、その強度を最小値に近づけるように構成するのが好ましく、さらには前記出力光の周波数が上限と下限に達するタイミングで、出力光の強度を最小値よりも大きな値にするように構成するのが好ましい。   In this case, the intensity modulation means brings the intensity closer to the maximum value as the frequency of the output light approaches the fluctuation center, and reduces the intensity to the minimum value as the frequency of the output light approaches the upper limit and the lower limit. It is preferable that the output light frequency be set to a value larger than the minimum value when the frequency of the output light reaches the upper limit and the lower limit.

また、上記各構成において、前記強度変調手段を光強度変調器により構成するのが好ましい。代わりに、前記強度変調手段を光学フィルタにより構成するのが好ましい。また代わりに、前記強度変調手段を、正弦波以外の繰り返し波形で前記光源部からの出力光を周波数変調する信号発生器により構成するのが好ましい。   In each of the above configurations, it is preferable that the intensity modulation means is configured by a light intensity modulator. Instead, it is preferable that the intensity modulation means is constituted by an optical filter. Alternatively, it is preferable that the intensity modulation means is constituted by a signal generator that frequency modulates the output light from the light source unit with a repetitive waveform other than a sine wave.

本発明における光ファイバ特性測定方法は、光源部で周波数変調された光を周波数シフトさせ、被測定光ファイバの一端からプローブ光として入射し、前記光源部で周波数変調された光を、前記被測定光ファイバの他端からポンプ光として入射し、前記ポンプ光と前記プローブ光との周波数差を掃引しながら、前記被測定光ファイバから出射される前記プローブ光のブリルアンゲインを検出し、前記被測定光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定方法において、前記光源部の周波数変調に同期して、前記出力光に強度変調を施すことを特徴とする。   In the optical fiber characteristic measuring method according to the present invention, the light frequency-modulated by the light source unit is frequency-shifted, incident as probe light from one end of the optical fiber to be measured, and the light frequency-modulated by the light source unit The Brillouin gain of the probe light emitted from the optical fiber to be measured is detected while being incident as pump light from the other end of the optical fiber and sweeping the frequency difference between the pump light and the probe light, and the measured object In the optical fiber characteristic measuring method for measuring the characteristic of the optical fiber, the output light is intensity-modulated in synchronization with the frequency modulation of the light source unit.

この場合、前記出力光に施される強度変調は、前記出力光の周波数が変動中心に近づくにしたがって、その強度を最大値に近づけると共に、当該出力光の周波数が上限と下限に近づくにしたがって、その強度を最小値に近づけることが好ましく、さらには前記出力光の周波数が上限と下限に達するタイミングで、出力光の強度を最小値よりも大きな値にすることが好ましい。   In this case, the intensity modulation applied to the output light brings the intensity closer to the maximum value as the frequency of the output light approaches the fluctuation center, and as the frequency of the output light approaches the upper limit and the lower limit, It is preferable to bring the intensity close to the minimum value, and it is preferable to set the intensity of the output light to a value larger than the minimum value at the timing when the frequency of the output light reaches the upper limit and the lower limit.

また、上記各方法において、前記出力光に施される強度変調が、光強度変調器で行なわれることが好ましい。代わりに、前記出力光に施される強度変調が、光学フィルタで行なわれることが好ましい。また代わりに、前記出力光に施される強度変調が、正弦波以外の繰り返し波形で前記光源部からの出力光を周波数変調する信号発生器で行なわれることが好ましい。   In each of the above methods, it is preferable that intensity modulation applied to the output light is performed by a light intensity modulator. Instead, the intensity modulation applied to the output light is preferably performed by an optical filter. Alternatively, the intensity modulation applied to the output light is preferably performed by a signal generator that frequency modulates the output light from the light source unit with a repetitive waveform other than a sine wave.

本発明の請求項1における光ファイバ特性測定装置、および請求項7における光ファイバ特性測定方法によれば、光源からの光に与えられる周波数変調に同期して、強度変調手段により強度変調をも施しているので、出力光の強度を特定の周波数で弱くしたり、または強くしたりすることも可能になり、当該出力光のスペクトル分布を適切に調整できる。そのため、相関ピーク位置以外で生じる周波数軸上に広がった雑音スペクトル形状を調節して、相関ピーク位置で生じるローレンツ型スペクトルのピーク周波数を精度よく測定することが可能になると共に、測定範囲を広げることができる。   According to the optical fiber characteristic measuring apparatus in claim 1 and the optical fiber characteristic measuring method in claim 7 of the present invention, intensity modulation is also performed by the intensity modulation means in synchronization with the frequency modulation applied to the light from the light source. Therefore, the intensity of the output light can be reduced or increased at a specific frequency, and the spectrum distribution of the output light can be adjusted appropriately. Therefore, it is possible to accurately measure the peak frequency of the Lorentz type spectrum generated at the correlation peak position by adjusting the noise spectrum shape that spreads on the frequency axis generated at other than the correlation peak position, and widen the measurement range. Can do.

本発明の請求項2における光ファイバ特性測定装置、および請求項8における光ファイバ特性測定方法によれば、光源からの出力光の周波数が変動するのに伴い、その周波数の上端および下端付近で出力光の強度が集中して偏ることを改善できる。そのため、ローレンツ型スペクトルのピークを背景スペクトルのピークより大きく維持でき、大きな歪が加わってもその値を正しく測定できる。   According to the optical fiber characteristic measuring apparatus in claim 2 and the optical fiber characteristic measuring method in claim 8 of the present invention, the frequency of the output light from the light source is changed near the upper and lower ends of the frequency as the frequency of the output light fluctuates. It is possible to improve the concentration and bias of light intensity. Therefore, the peak of the Lorentz type spectrum can be maintained larger than the peak of the background spectrum, and the value can be measured correctly even when a large distortion is applied.

本発明の請求項3における光ファイバ特性測定装置、および請求項9における光ファイバ特性測定方法によれば、被測定光ファイバの歪量が無い場合や、少ない場合であっても、ローレンツ型スペクトルのピークを背景スペクトルのピークよりも大きくすることができ、被測定光ファイバFUTへの歪量の大小に拘らず、正確な歪測定が可能になる。   According to the optical fiber characteristic measuring apparatus in claim 3 and the optical fiber characteristic measuring method in claim 9 of the present invention, the Lorentz-type spectrum can be obtained even when the optical fiber under measurement has no or little distortion. The peak can be made larger than the peak of the background spectrum, and accurate strain measurement can be performed regardless of the amount of strain on the optical fiber FUT to be measured.

本発明の請求項4における光ファイバ特性測定装置、および請求項10における光ファイバ特性測定方法によれば、光源からの同期信号を受けて、光強度変調器が光源からの出力光に適切な強度変調を施すことが可能になる。   According to the optical fiber characteristic measuring apparatus of claim 4 and the optical fiber characteristic measuring method of claim 10 of the present invention, the light intensity modulator receives the synchronization signal from the light source, and the light intensity modulator is suitable for the output light from the light source. Modulation can be performed.

本発明の請求項5における光ファイバ特性測定装置、および請求項11における光ファイバ特性測定方法によれば、光学フィルタ自体のフィルタリング特性により、出力光に対してその周波数に応じた強度の調整が可能になるため、光源からの同期信号を必要とせず、極めて容易にノイズの低減と測定範囲の拡張を実現できる。   According to the optical fiber characteristic measuring device of claim 5 and the optical fiber characteristic measuring method of claim 11 of the present invention, the intensity of the output light can be adjusted according to the frequency by the filtering characteristic of the optical filter itself. Therefore, the synchronization signal from the light source is not required, and noise can be reduced and the measurement range can be extended very easily.

本発明の請求項6における光ファイバ特性測定装置、および請求項12における光ファイバ特性測定方法によれば、信号発生器を利用して出力光の周波数変調波形を正弦波状以外のものに変えるだけで、出力光に対し強度変調を施したものと同様に、出力光のスペクトル分布を適切に調整でき、ノイズの低減と測定範囲の拡張を実現できる。   According to the optical fiber characteristic measuring apparatus in claim 6 and the optical fiber characteristic measuring method in claim 12 of the present invention, it is only necessary to change the frequency modulation waveform of the output light to something other than a sine wave using a signal generator. Similarly to the case where the output light is intensity-modulated, the spectral distribution of the output light can be adjusted appropriately, and noise can be reduced and the measurement range can be extended.

以下、本発明における好ましい光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of an optical fiber characteristic measuring apparatus and an optical fiber characteristic measuring method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1実施形態による光ファイバ特性測定装置を示している。同図において、1は光源であり、これは信号発生器2と半導体レーザ3とにより構成される。半導体レーザ3は、例えば小型でスペクトル幅の狭いレーザ光を出射する分布帰還型レーザダイオード(DFB LD)が用いられる。信号発生器2は、半導体レーザ3から出射されるレーザ連続光を正弦波状に繰り返して周波数変調(位相変調を含む)するために、所望の変調信号を当該半導体レーザ3に注入電流として出力するものである。   FIG. 1 shows an optical fiber characteristic measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a light source, which is composed of a signal generator 2 and a semiconductor laser 3. As the semiconductor laser 3, for example, a distributed feedback laser diode (DFB LD) that emits a laser beam that is small and has a narrow spectral width is used. The signal generator 2 outputs a desired modulation signal as an injection current to the semiconductor laser 3 in order to frequency-modulate (including phase modulation) the continuous laser light emitted from the semiconductor laser 3 in a sinusoidal manner. It is.

4は、前記半導体レーザ3に対し施された周波数変調に同期して、この半導体レーザ3からの出力光を強度変調する強度変調手段としての光強度変調器(IM)である。ここでの光強度変調器4は、入力信号に相当する信号発生器2からの同期信号を受けて、前記半導体レーザ3からの出力光の強度を変調できる機能を有し、具体的には電気光学変調器(EOM)により実現される。本実施形態では、既存のBOCDA法による光ファイバ特性測定装置に、こうした光強度変調器4を付加したことが注目されるが、強度変調手段の別な構成については、後程説明する。   Reference numeral 4 denotes an optical intensity modulator (IM) as intensity modulation means for intensity-modulating the output light from the semiconductor laser 3 in synchronization with the frequency modulation applied to the semiconductor laser 3. The light intensity modulator 4 here has a function of receiving the synchronizing signal from the signal generator 2 corresponding to the input signal and modulating the intensity of the output light from the semiconductor laser 3. Realized by an optical modulator (EOM). In the present embodiment, it is noticed that such an optical intensity modulator 4 is added to an existing optical fiber characteristic measuring apparatus using the BOCDA method, but another configuration of the intensity modulating means will be described later.

6は、前記光強度変調器4により周波数と強度を共に変調されたレーザ光を、例えば強度比90/10に二分する第1の光分岐器で、分岐された一方のレーザ光は、エルビウム添加光ファイバ増幅器(以下、EDFAという)7により増幅される。さらに、EDFA7で増幅した強度変調光は、単一側帯波変調器(SSBM:以下SSB変調器という)8によって約10GHz周波数が下げられ、プローブ光として被測定光ファイバFUTの一端に入射する。   Reference numeral 6 denotes a first optical branching unit that bisects the laser light whose frequency and intensity are modulated by the light intensity modulator 4 into, for example, an intensity ratio of 90/10. One of the branched laser lights is doped with erbium. Amplified by an optical fiber amplifier (hereinafter referred to as EDFA) 7. Further, the intensity-modulated light amplified by the EDFA 7 is lowered in frequency by about 10 GHz by a single sideband modulator (SSBM: SSB modulator) 8 and enters one end of the optical fiber FUT to be measured as probe light.

前記SSB変調器8は、2つの一次側帯波の中で高域の周波数成分を抑制すると共に、ポンプ光から安定した周波数差Δνを維持できるように、マイクロ波と正確なDCバイアス制御を利用しており、入力光に対しマイクロ波周波数に等しい周波数差Δνを有する低周波側の側帯波を、プローブ光として出力するようになっている。さらに、SSB変調器8の後段には、偏光ダイバーシティ法を適用するための偏光スイッチ(PSW)9が挿入される。この偏光スイッチ9は、ブリルアンゲインの偏光に依存した振れを抑制するために設けられている。   The SSB modulator 8 uses microwaves and accurate DC bias control so as to suppress high frequency components in the two primary sidebands and maintain a stable frequency difference Δν from the pump light. In addition, a low-frequency sideband having a frequency difference Δν equal to the microwave frequency with respect to the input light is output as probe light. Further, a polarization switch (PSW) 9 for applying the polarization diversity method is inserted after the SSB modulator 8. This polarization switch 9 is provided in order to suppress shake depending on the polarization of the Brillouin gain.

一方、前記第1の光分岐器6で分岐された他方のレーザ光は、所定の長さの光ファイバからなる光遅延器11を通過し、基準信号発生器12を有する光強度変調器13により強度変調された後、EDFA14により増幅される。そして、このEDFA14で増幅した強度変調光は、第2の光分岐器15を通過後、被測定光ファイバFUTの他端からポンプ光として入射し、被測定光ファイバFUT内でプローブ光とポンプ光が向かい合って伝搬するようになっている。なお、光遅延器11は前述のように、ポンプ光とプローブ光との間に所定の遅延時間を設定するためのもので、光ファイバ長を変えることで、遅延時間を適宜調整することができる。   On the other hand, the other laser beam branched by the first optical branching unit 6 passes through an optical delay unit 11 made of an optical fiber having a predetermined length, and is transmitted by an optical intensity modulator 13 having a reference signal generator 12. After intensity modulation, it is amplified by EDFA14. The intensity-modulated light amplified by the EDFA 14 passes through the second optical splitter 15 and then enters as pump light from the other end of the measured optical fiber FUT. The probe light and the pump light enter the measured optical fiber FUT. Are propagating face-to-face. As described above, the optical delay device 11 is for setting a predetermined delay time between the pump light and the probe light, and the delay time can be appropriately adjusted by changing the optical fiber length. .

前記被測定光ファイバFUTの他端からの出射光は、第2の光分岐器15を介して光検出器20に取り込まれ、そのパワーが測定される。光検出器20からの検出出力は、ロックイン増幅器21を通ることにより、ポンプ光の変調周波数で同期検波され、誘導ブリルアン現象に伴うプローブ光のブリルアンゲインが、例えばパーソナルコンピュータで構成される測定手段としてのデータ処理器23に、最終的なデータとして所定のサンプリング率で取り込まれる。   Light emitted from the other end of the optical fiber FUT to be measured is taken into the photodetector 20 via the second optical branching device 15, and its power is measured. The detection output from the photodetector 20 is synchronously detected at the modulation frequency of the pump light by passing through the lock-in amplifier 21, and the Brillouin gain of the probe light accompanying the induced Brillouin phenomenon is a measuring means configured by, for example, a personal computer The data processor 23 receives the final data at a predetermined sampling rate.

なお、ポンプ光の光路中に設けられた光強度変調器13は、前記光強度変調器4と同じく例えば電気光学変調器で構成される。また、第1の光分岐器6や第2の光分岐器15は、サーキュレータ,ビームスプリッタ,ハーフミラーなどを用いてもよい。さらに他の変形例として、光源部としての光源1は、プローブ光とポンプ光のそれぞれに独立して別なものが設けられていてもよく、その場合は各光源1の周波数変調に同期する強度変調手段を、それぞれの光源1毎に設ければよい。   The light intensity modulator 13 provided in the optical path of the pump light is constituted by, for example, an electro-optic modulator, like the light intensity modulator 4. The first optical branching device 6 and the second optical branching device 15 may use a circulator, a beam splitter, a half mirror, or the like. As yet another modification, the light source 1 as the light source unit may be provided with a separate light source for each of the probe light and the pump light. In that case, the intensity synchronized with the frequency modulation of each light source 1 The modulation means may be provided for each light source 1.

そして本実施形態では、EDFA7,SSB変調器8,偏光スイッチ9が、光源1の出力光からプローブ光を生成するプローブ光生成手段31を構成し、光遅延器11,光強度変調器13,EDFA14,第2の光分岐器15が、光源1の出力光からポンプ光を生成するポンプ光生成手段32を構成し、光検出器20,ロックイン増幅器21,データ処理器23が、ポンプ光とプローブ光との周波数差を掃引しながら、被測定光ファイバFUTの終端から出射されるプローブ光のブリルアンゲインを検出し、被測定光ファイバFUTの特性の一つである歪みを測定する測定手段33を構成している。   In this embodiment, the EDFA 7, the SSB modulator 8, and the polarization switch 9 constitute probe light generation means 31 that generates probe light from the output light of the light source 1, and includes an optical delay device 11, an optical intensity modulator 13, and an EDFA 14. The second optical splitter 15 constitutes pump light generating means 32 for generating pump light from the output light of the light source 1, and the photodetector 20, lock-in amplifier 21, and data processor 23 are composed of the pump light and the probe. Measuring means 33 that detects the Brillouin gain of the probe light emitted from the end of the optical fiber FUT to be measured while sweeping the frequency difference with the light, and measures distortion that is one of the characteristics of the optical fiber FUT to be measured. It is composed.

前述したように、図1に示す装置も、BOCDA法の基本的な原理に従い、光源1からの光を連続発振光とし、その発振周波数を信号発生器2により正弦波状の繰り返し波形により変化させつつ、プローブ光の中心周波数fprobeとポンプ光の中心周波数fpumpとの差が、ブリルアン周波数νBの近傍になるように、SSB変調器8がプローブ光の中心周波数fprobeを変化させている。これにより、ポンプ光とプローブ光の位相が非同期であり、両光の相関が低い殆どの位置では、誘導が抑圧されるが、ポンプ光とプローブ光の位相が同期する相関位置では、誘導ブリルアン散乱が発生する。そして、この相関位置を移動させることにより、ブリルアン散乱による歪みの分布測定が可能になる。As described above, according to the basic principle of the BOCDA method, the apparatus shown in FIG. 1 uses continuous light as light from the light source 1 and changes its oscillation frequency by a signal generator 2 in a sinusoidal repetitive waveform. The SSB modulator 8 changes the center frequency f probe of the probe light so that the difference between the center frequency f probe of the probe light and the center frequency f pump of the pump light is close to the Brillouin frequency ν B. As a result, the phase of the pump light and the probe light is asynchronous and the induction is suppressed at most positions where the correlation between the two lights is low, but at the correlation position where the phases of the pump light and the probe light are synchronized, the stimulated Brillouin scattering is performed. Occurs. Then, by moving this correlation position, it becomes possible to measure the distribution of distortion due to Brillouin scattering.

誘導ブリルアン散乱による相関位置は、プローブ光およびポンプ光への変調が周期的であることから、アイソレータ16とサーキュレータ(第2の光分岐器)15で挟まれた被測定ファイバFUTに沿って周期的に現れる。そのため、被測定ファイバFUT内に相関ピークが位置的に1つだけ存在するように、光遅延器11の遅延量や半導体レーザ3に印加する周波数変調周波数fを調整する。さらに、装置としての空間分解能Δzを高く維持したまま、その測定範囲を広げるために、プローブ光とポンプ光の各スペクトルが重なリ合わない範囲内で、半導体レーザ3に対する周波数変調の振幅Δfを増やす必要がある。The correlation position by stimulated Brillouin scattering is periodic along the fiber FUT to be measured sandwiched between the isolator 16 and the circulator (second optical splitter) 15 because the modulation to the probe light and the pump light is periodic. Appear in Therefore, as there is only a correlation peak one positionally within the fiber to be measured FUT, adjusting the frequency modulation frequency f m applied to the delay amount and the semiconductor laser 3 of the optical delay device 11. Further, in order to widen the measurement range while maintaining the spatial resolution Δz as a high device, the amplitude Δf of the frequency modulation for the semiconductor laser 3 is set within a range where the spectrums of the probe light and the pump light do not overlap. Need to increase.

次に、上記図1に示す装置の動作を説明すると、信号発生器2からの注入電流により半導体レーザ3から周波数変調されたレーザ光が出射すると共に、この信号発生器2から光強度変調器に出力される同期信号により、光強度変調器4を通過する前記出力光がその周波数変調に同期して強度変調される。この周波数と強度を共に変調されたレーザ光は、第1の光分岐器で所定の強度比に分岐され、一方の光はEDFA7によって増幅された後に、SSB変調器8に入力される。SSB変調器8は、当該変調光をSSB変調して、この変調光の中心周波数に対してブリルアン周波数νBに近い周波数差Δν(約10GHz)の側帯波を発生し、この側帯波が偏光スイッチ9とアイソレータ16を通って、被測定光ファイバFUTの一端にプローブ光として入射される。 Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described. The laser light frequency-modulated from the semiconductor laser 3 by the injection current from the signal generator 2 is emitted, and the light intensity modulator 4 is emitted from the signal generator 2. The output light passing through the light intensity modulator 4 is intensity-modulated in synchronism with the frequency modulation. The laser light whose frequency and intensity are both modulated is branched into a predetermined intensity ratio by the first optical branching device 6 , and one light is amplified by the EDFA 7 and then input to the SSB modulator 8. The SSB modulator 8 performs SSB modulation on the modulated light and generates a sideband having a frequency difference Δν (about 10 GHz) close to the Brillouin frequency ν B with respect to the center frequency of the modulated light. 9 and the isolator 16 and is incident as one probe light on one end of the optical fiber FUT to be measured.

一方、第1の光分岐器6から分岐した他方の変調光は、光遅延器11を通過して所定の遅延時間を与えられた後、光強度変調器13に入力され、ここで基準信号発生器12から発生する基準信号の周波数に基づき強度変調される。この強度変調によりチョッピングされた変調レーザ光は、続くEDFA14によって増幅され、第2の光分岐器15を経て、被測定光ファイバFUTの他端にポンプ光として入射される。   On the other hand, the other modulated light branched from the first optical branching device 6 passes through the optical delay device 11 and is given a predetermined delay time, and is then input to the light intensity modulator 13, where a reference signal is generated. The intensity is modulated based on the frequency of the reference signal generated from the device 12. The modulated laser light chopped by this intensity modulation is amplified by the subsequent EDFA 14, passes through the second optical splitter 15, and enters the other end of the measured optical fiber FUT as pump light.

こうして、被測定光ファイバFUT中にプローブ光とポンプ光が互いに逆向きに伝搬すると、反射や後方散乱を受けたポンプ光の一部が、被測定光ファイバFUTから出射されると共に、誘導ブリルアン散乱によるプローブ光の増加分が、連続したプローブ光に重畳して被測定光ファイバFUTから出射される。これらの出射光を光検出器20により検出し、ロックイン増幅器21によりポンプ光の強度変調周波数で同期検波すると、ポンプ光のチョッピングに同期して発生するプローブ光の増加分だけが取り出されて増幅出力され、それ以外の周波数成分は除去される。なお、この図1には示していないが、被測定光ファイバFUTからは、反射や後方散乱を受けたポンプ光の一部も出射されるため、こうしたポンプ光を除去するために、光検出器20の前段に光学フィルタを介在させてもよい。データ処理器23は、ロックイン増幅器21からの出力信号を受けて、相関ピーク位置における誘導ブリルアン散乱スペクトルのピークがどの周波数にあるのかを判断して、被測定光ファイバFUTにおける歪みの分布測定を行なう。   Thus, when the probe light and the pump light propagate in opposite directions in the measured optical fiber FUT, a part of the pump light that has been reflected or backscattered is emitted from the measured optical fiber FUT and stimulated Brillouin scattering. The increase in the probe light due to is superimposed on the continuous probe light and emitted from the measured optical fiber FUT. When these emitted lights are detected by the photodetector 20, and synchronous detection is performed at the intensity modulation frequency of the pump light by the lock-in amplifier 21, only the increase in the probe light generated in synchronization with the chopping of the pump light is extracted and amplified. It is output and other frequency components are removed. Although not shown in FIG. 1, a part of the pump light that has undergone reflection or backscattering is also emitted from the optical fiber FUT to be measured. An optical filter may be interposed before the 20th stage. The data processor 23 receives the output signal from the lock-in amplifier 21, determines the frequency at which the peak of the stimulated Brillouin scattering spectrum at the correlation peak position is, and measures the distribution of distortion in the measured optical fiber FUT. Do.

ここで、従来のように光強度変調器4を設けていない装置では、一定の空間分解能Δzの下で測定範囲dを広げようとすると、図23に示す相関ピークによる実信号S1と、非相関位置からの薄められた不要成分を累積したノイズS2との間のピーク−ピーク比(SNR)が小さくなって、実信号S1のピーク周波数を正しく計測できなくなる。これは、光源1からの出力光のスペクトル分布を、任意に調整できないことに起因する。Here, in the conventional device not provided with the light intensity modulator 4 as is, if you widen the measurement range d m under certain spatial resolution Delta] z, and the actual signal S1 by the correlation peak shown in FIG. 23, the non The peak-to-peak ratio (SNR) with respect to the noise S2 that accumulates the thinned unnecessary components from the correlation position becomes small, and the peak frequency of the actual signal S1 cannot be measured correctly. This is because the spectral distribution of the output light from the light source 1 cannot be arbitrarily adjusted.

その点、本実施形態では、光源1からの出力光に対し単に周波数変調を施すだけでなく、光強度変調器4によりこの周波数変調に同期して強度変調をも施しているので、例えば出力光の強度を特定の周波数で弱くしたり、または強くしたりすることも可能になり、当該出力光のスペクトル分布を、特定の周波数領域にのみ強調されないように適切に調整できる。そのため、相関ピークによる実信号S1とノイズS2との間のSNRを改善してノイズS2を低減し、実信号S1のピーク周波数を正しく計測すると共に、測定範囲dを広げることが可能になる。In this regard, in the present embodiment, not only frequency modulation is performed on the output light from the light source 1 but also intensity modulation is performed in synchronization with this frequency modulation by the light intensity modulator 4. It is also possible to weaken or increase the intensity of the output light at a specific frequency, and the spectral distribution of the output light can be appropriately adjusted so as not to be emphasized only in a specific frequency region. Therefore, to improve the SNR between the real signal S1 and the noise S2 by the correlation peak by reducing the noise S2, while correctly measure the peak frequency of the real signal S1, it is possible to increase the measurement range d m.

次に、図1における装置の実験例とその結果について説明する。この実験例では、光源1の半導体レーザ3として1552nmの分布帰還型レーザダイオード(DFB LD)を利用し、試験用の被測定光ファイバFUT内で相関ピークを発生させるために、信号発生器2による正弦波周波数変調が与えられた。半導体レーザ3からの出力は、ブリルアンポンプ光として直接利用され、相関ピークの次数を制御するために、光遅延器11としての3kmの遅延用ファイバを通過した後で、EDFA14により増幅された。一方、プローブ光は、2つの一次側帯波の中で高い方の周波数成分を抑制し、ポンプ光に対し安定した周波数差Δνを得るために、マイクロ波と正確なDCバイアス制御を利用したSSB変調器8を通して生成された。このSSB変調器8における他の周波数成分との抑制比は、25dB以上を確保した。ポンプ光にはロックイン検波のための強度変調が施され、そのチョッピング周波数は3.8MHzであった。帯域が125MHzのフォトダイオードが光検出器20として利用され、最終的なデータがロックイン増幅器21の後で取り込まれた。   Next, an experimental example of the apparatus in FIG. 1 and the results thereof will be described. In this experimental example, a 1552 nm distributed feedback laser diode (DFB LD) is used as the semiconductor laser 3 of the light source 1, and a signal generator 2 is used to generate a correlation peak in the test optical fiber FUT. A sinusoidal frequency modulation was given. The output from the semiconductor laser 3 was directly used as Brillouin pump light, and was amplified by the EDFA 14 after passing through a 3 km delay fiber as an optical delay device 11 in order to control the order of the correlation peak. On the other hand, the probe light suppresses the higher frequency component of the two primary sidebands, and in order to obtain a stable frequency difference Δν with respect to the pump light, SSB modulation using microwaves and accurate DC bias control Was generated through a vessel 8. The SSB modulator 8 has a suppression ratio of 25 dB or more with other frequency components. The pump light was intensity modulated for lock-in detection, and its chopping frequency was 3.8 MHz. A photodiode with a bandwidth of 125 MHz was used as the photodetector 20, and the final data was captured after the lock-in amplifier 21.

半導体レーザ3の周波数変調周波数fは、被測定光ファイバFUTの相関ピーク位置に依存して310〜330kHzとしており、これは前記数2によれば、310m以上の相関ピークの間隔すなわち測定範囲dに対応する。周波数変調の振幅Δfは9.5GHzであり、また数1から、測定の空間分解能Δzは約30cmと計算される。Frequency modulation frequency f m of the semiconductor laser 3 is a 310~330kHz depending on the correlation peak position of the measured optical fiber FUT, which according to the number 2, the interval of more correlation peaks 310m i.e. measurement range d corresponding to m . The frequency modulation amplitude Δf is 9.5 GHz, and from Equation 1, the spatial resolution Δz of the measurement is calculated to be about 30 cm.

被測定光ファイバFUTは、図5に示すように、連続した一般的なファイバ(SMF:単一モード光ファイバ)と、30cmの長さを有する3つの分散シフト光ファイバ(DSF)とを融着接続してなり、その全体長は約305mである。また、被測定光ファイバFUTの平均的なブリルアンシフト量すなわちブリルアン周波数νBは、DSF部では10.5GHzであり、またSMF部では10.8GHzであった。これらの2つのファイバ部におけるブリルアン周波数νBの違いは、分布感知の殆どの状況をカバーできる〜6000μεの誘導歪みに相当する。As shown in FIG. 5, the optical fiber FUT to be measured is a fusion of a continuous general fiber (SMF: single mode optical fiber) and three dispersion-shifted optical fibers (DSF) having a length of 30 cm. The total length is about 305m. The average Brillouin shift amount of the optical fiber FUT to be measured, that is, the Brillouin frequency νB, was 10.5 GHz in the DSF part and 10.8 GHz in the SMF part. The difference in Brillouin frequency ν B in these two fiber sections corresponds to an induced strain of ˜6000 με that can cover most situations of distributed sensing.

本実験例では、従来の強度変調を施さず正弦波周波数変調だけを与えた場合と、光強度変調器4を利用して3つの異なる強度変調を加えた場合のそれぞれについて、図6(a)に示すような異なるパワースペクトルの変調光を生成した。同図において、「No IM」は従来の正弦波周波数変調だけを与えた場合の変調光を、また「IM1」,「IM2」,「IM3」は、光強度変調器4による強度変調を施した変調光を意味しており、それぞれの変調光について、光学スペクトルアナライザで測定した時間平均のパワースペクトルが示されている。   In this experimental example, FIG. 6A shows a case where only conventional sinusoidal frequency modulation is applied without applying intensity modulation, and a case where three different intensity modulations are applied using the light intensity modulator 4. Modulated light with different power spectrum as shown in Fig. 2 was generated. In the figure, “No IM” is modulated light when only conventional sine wave frequency modulation is applied, and “IM1,” “IM2,” and “IM3” are intensity modulated by the light intensity modulator 4. This means modulated light, and for each modulated light, a time-average power spectrum measured by an optical spectrum analyzer is shown.

ここでは、最初に従来の変調光(No IM)によるパワースペクトルを補償することで、光パワーが殆どの周波数領域に渡り平坦な上部を有する変調光(IM1)のパワースペクトルを生成した。また、他の変調光(IM2,IM3)のパワースペクトルは、前記変調光(IM1)のパワースペクトルを得る際に光強度変調器4に施したオフセットと振幅を調整することで生成した。すなわち、従来の光源1から得られる変調光(No IM)は、正弦波状にその周波数が振られるため、周波数の最大変位部分に比較的長い時間留まり、パワースペクトルは変調した周波数の上限と下限付近の両端で強度が大きくなる。一方、変調光(IM1)では、光強度変調を同期して施すことにより、その強度が全周波数幅に渡りほぼ平坦となるように調整される。また、別な変調光(IM2)では、その強度が周波数幅のほぼ中心で最大となるように(つまり周波数に対して凸状の強度特性を有するように)調整され、さらに変調光(IM3)では、周波数幅の両端に強度が大きくなる部分を残しつつ、周波数幅のほぼ中心でも強度が大きくなるように調整される。なお、図6(b)では、従来の周波数変調波形(実線)を示す変調電圧と、平坦な上部を有する変調光(IM1)のパワースペクトルを生成するのに与えられた光強度変調器4の透過率(破線)とを示している。   Here, the power spectrum of the modulated light (IM1) having a flat upper portion over the most frequency range is generated by first compensating the power spectrum of the conventional modulated light (No IM). The power spectrum of the other modulated light (IM2, IM3) was generated by adjusting the offset and amplitude applied to the light intensity modulator 4 when obtaining the power spectrum of the modulated light (IM1). That is, since the frequency of modulated light (No IM) obtained from the conventional light source 1 is sine wave-shaped, it stays for a relatively long time at the maximum displacement portion of the frequency, and the power spectrum is near the upper and lower limits of the modulated frequency. Strength increases at both ends. On the other hand, in the modulated light (IM1), the intensity is adjusted so as to be substantially flat over the entire frequency width by applying the light intensity modulation in synchronization. Also, with another modulated light (IM2), the intensity is adjusted so that the intensity is maximum at the center of the frequency width (that is, has a convex intensity characteristic with respect to the frequency), and further, the modulated light (IM3) In this case, the intensity is adjusted so as to increase at substantially the center of the frequency width while leaving portions where the intensity increases at both ends of the frequency width. In FIG. 6B, a modulation voltage indicating a conventional frequency modulation waveform (solid line) and a light intensity modulator 4 provided to generate a power spectrum of modulated light (IM1) having a flat upper portion are shown. The transmittance (broken line) is shown.

各変調光(No IM,IM1,IM2,IM3)を用いて測定したブリルアンゲインスペクトルは、それぞれ被測定光ファイバFUTの各部で測定され、図5におけるDSFの「2」の部分とSMFの任意の位置にある部分が、測定点として選択された。ここでは、SSB変調器SSBMの周波数差Δνを10.2GHzから11.2GHzに掃引し、1つの地点に対する測定の全体速度を10Hzとした。   The Brillouin gain spectrum measured using each modulated light (No IM, IM1, IM2, IM3) is measured at each part of the measured optical fiber FUT, and the “2” part of the DSF in FIG. The part in position was selected as the measurement point. Here, the frequency difference Δν of the SSB modulator SSBM was swept from 10.2 GHz to 11.2 GHz, and the overall measurement speed for one point was 10 Hz.

こうして生成した各変調光(No IM,IM1,IM2,IM3)を用い、測定手段33によりDSF部およびSMF部で測定されたブリルアンゲインスペクトルを、図7にそれぞれ示す。同図において、左上のグラフは従来の強度変調を施さない変調光(No IM)によるDSF部およびSMF部の各ブリルアンゲインスペクトルを示しているが、特にDSF部において、実信号の成分がノイズレベルよりも小さくなっており、ここでは実信号の状態を正確に検出することができず、最終的なピーク周波数判定による歪み量の測定が不可能となる。一方、右上,左下,右下の各グラフは、強度変調を施した各変調光(IM1,IM2,IM3)によるDSF部およびSMF部の各ブリルアンゲインスペクトルをそれぞれ示しており、強度変調を施した全ての場合において、実信号の振幅と比較してノイズピークがかなり減少していることがDSF部で観測される。そのため、各変調光(IM1,IM2,IM3)のいずれの場合も、DSF部ではピーク周波数を正しく判定できる。また変調光(IM1,IM2)の場合には、背景のノイズレベルの中心で大きな窪みが観測され、これがSMF部のブリルアンゲインスペクトルBGSに示すような実信号の「吸収」作用をもたらして、SMF部の測定時にローレンツ型スペクトルを観測できない問題を発生させる。しかし、こうした窪みは、ブリルアンゲインスペクトルBGSの全体形状をほぼ維持しながら、強度変調のオフセットと振幅を制御すれば除去できる。変調光IM3の観測結果は、この点で最適な状況を示しており、ここではSMF部およびDSF部の何れについても、ブリルアンゲインスペクトルBGSの背景ノイズレベルが、実信号に対して低く平坦に残っており、信号ピークはノイズレベルに対して明確に区別されている。すなわち、ここでの変調光IM3は、実信号のピーク周波数をどの部分でも正しく判定できるという点で、最も効果的な強度変調の一例であることがわかる。   FIG. 7 shows Brillouin gain spectra measured in the DSF unit and the SMF unit by the measuring means 33 using the modulated lights (No IM, IM1, IM2, IM3) generated in this way. In the figure, the upper left graph shows the Brillouin gain spectrum of the DSF part and SMF part by modulated light (No IM) that is not subjected to conventional intensity modulation, but in the DSF part, the actual signal component is the noise level. Here, the state of the actual signal cannot be accurately detected, and it becomes impossible to measure the distortion amount by final peak frequency determination. On the other hand, the upper right, lower left, and lower right graphs show the Brillouin gain spectra of the DSF part and SMF part for each modulated light (IM1, IM2, IM3) subjected to intensity modulation. In all cases, it is observed in the DSF part that the noise peak is considerably reduced compared with the amplitude of the actual signal. Therefore, in any case of each modulated light (IM1, IM2, IM3), the DSF unit can correctly determine the peak frequency. In the case of modulated light (IM1, IM2), a large dent is observed at the center of the background noise level, and this causes the “absorption” effect of the actual signal as shown in the Brillouin gain spectrum BGS of the SMF part. This causes a problem that the Lorentz spectrum cannot be observed when measuring the part. However, such depressions can be removed by controlling the intensity modulation offset and amplitude while maintaining the overall shape of the Brillouin gain spectrum BGS. The observation result of the modulated light IM3 shows an optimal situation in this respect. Here, the background noise level of the Brillouin gain spectrum BGS remains low and flat with respect to the actual signal in both the SMF part and the DSF part. The signal peaks are clearly distinguished with respect to the noise level. That is, the modulated light IM3 here is an example of the most effective intensity modulation in that the peak frequency of the actual signal can be correctly determined in any part.

同一の信号振幅の下で、強度変調を施さない場合(No IM)と、最適な強度変調を施した場合(IM3)とを比較したブリルアンゲインスペクトルの測定結果が、図8に示されている。なお同図において、(a)はDSF部の測定結果を、また(b)はSMF部の測定結果を示している。前記SNRを、前記実信号と背景ノイズとの間のピーク−ピーク比として定義すると、DSF部におけるブリルアンゲインスペクトルでは、SNRが0.82から1.27になって、45%の改善が算出された。達成されたSNRを考えると、この実験装置では、測定範囲dmをさらに拡大する余裕を持っていると思われる。 Under the same signal amplitude, if not subjected to intensity modulation (No IM) and the optimal intensity when the modulation subjected to (IM3) and Buriruangei Nsu spectrum measurement result of comparison is shown in Figure 8 Yes. In the figure, (a) shows the measurement result of the DSF part, and (b) shows the measurement result of the SMF part. When the SNR is defined as a peak-to-peak ratio between the actual signal and the background noise, in the Brillouin gain spectrum in the DSF portion, the SNR is changed from 0.82 to 1.27, and an improvement of 45% is calculated. Considering the achieved SNR, this experimental apparatus seems to have a margin for further expanding the measurement range dm.

最適な強度変調を施した変調光(IM3)による効果を確認するために、同一の実験装置を利用して、強度変調を施した場合と強度変調を施さない場合において、測定光ファイバFUT上で10cm単位で分布測定を行なった結果を図9に示す。ここでは、前記図5の「1」,「2」,「3」に対応して、DSF部の各位置とブリルアン周波数νBとの関係が、(a),(b),(c)にそれぞれ示されている。図9で明確に示されているように、最適な強度変調を施した変調光(IM3)では、どの位置のDSF部であっても正確に検出されており、これに対して強度変調を施さない場合(NO IM)には、DSF部としての位置が失われている。なお、ここでのブリルアン周波数νBの測定誤差は、約±3MHzであった。In order to confirm the effect of modulated light (IM3) with optimal intensity modulation, using the same experimental equipment, the measurement optical fiber FUT can be used with or without intensity modulation. FIG. 9 shows the results of distribution measurement in units of 10 cm. Here, in correspondence with “1”, “2”, and “3” in FIG. 5, the relationship between each position of the DSF portion and the Brillouin frequency ν B is shown in (a), (b), and (c). Each is shown. As clearly shown in FIG. 9, in the modulated light (IM3) subjected to optimum intensity modulation, the DSF part at any position is accurately detected, and intensity modulation is applied to this. If not (NO IM), the position as the DSF section is lost. Here, the measurement error of the Brillouin frequency ν B was about ± 3 MHz.

以上のように、ここでは光源1からの出力光に強度変調を施すことで、BOCDA法の性能を高める新規な装置と方法を実証した。この実験結果によれば、適切な強度変調を施すことによって、ブリルアンゲインスペクトルにおける背景ノイズレベルの変更と抑圧が可能になり、測定範囲を大幅に増大できる。また、30cmの空間分解能と300mの範囲にわたる分布測定が可能になり、通常の周波数変調だけでは正確に測定できない場合でも、性能の向上が確認できた。結果的に、SNRは40%以上に改善された。   As described above, a novel apparatus and method for improving the performance of the BOCDA method by performing intensity modulation on the output light from the light source 1 has been demonstrated. According to this experimental result, by applying appropriate intensity modulation, the background noise level can be changed and suppressed in the Brillouin gain spectrum, and the measurement range can be greatly increased. In addition, 30cm spatial resolution and 300m distribution measurement became possible, and even when normal frequency modulation alone could not measure accurately, improved performance could be confirmed. As a result, the SNR was improved to over 40%.

次に、変調波形をさらに最適化して得た別な実験例とその結果を説明する。使用した実験装置は、前記図1に示したものと同じであるが、周波数変調の振幅Δfを32.5GHzとし、また半導体レーザ3の周波数変調周波数fを91〜101kHzとした。これは1010m以上の測定範囲dと、30cm未満の空間分解能Δzに対応する。また、光遅延器11として10km以上の遅延用ファイバを使用した。Next, another experimental example obtained by further optimizing the modulation waveform and the result will be described. Experimental apparatus used is the same as that shown in FIG. 1, the amplitude Δf of the frequency modulation and 32.5GHz, also the frequency modulation frequency f m of the semiconductor laser 3 was 91~101KHz. This corresponds to a measurement range dm of 1010 m or more and a spatial resolution Δz of less than 30 cm. In addition, a delay fiber of 10 km or more was used as the optical delay device 11.

さらに、ここでの被測定光ファイバFUTは、図10に示すように、各々100m,400mおよび500mの長さを有する3つの一般的なファイバ(SMF)と、各々30cmの長さを有する4つの分散シフト光ファイバ(DSF)とを連結してなり、その全体長は約1010mである。被測定光ファイバFUTの平均的なブリルアン周波数νBは、DSF部では10.5GHzであり、またSMF部では10.8GHzであって、これは前記図5に示すものと同じである。   Furthermore, the optical fiber FUT to be measured here has three general fibers (SMF) each having a length of 100 m, 400 m and 500 m, and four each having a length of 30 cm, as shown in FIG. It is connected to a dispersion shifted optical fiber (DSF), and its overall length is about 1010m. The average Brillouin frequency νB of the optical fiber FUT to be measured is 10.5 GHz in the DSF part and 10.8 GHz in the SMF part, which is the same as that shown in FIG.

この実験例では、従来の強度変調を施さず正弦波周波数変調だけを与えた場合(No IM)と、光強度変調器4を利用して最適な強度変調を加えた場合(with IM)のそれぞれについて、図11に示すような異なるパワースペクトルの変調光を生成した。この場合も、強度変調を施さずに得られた変調光(No IM)のパワースペクトルは、変調した周波数の上限と下限付近の両端で強度が大きくなり、また最適な変調光(with IM)のパワースペクトルは、変調した周波数の両端に強度が大きくなる部分を残しつつ、変調した周波数幅のほぼ中心でも強度が大きくなるように調整される。   In this experimental example, the conventional intensity modulation is not performed and only the sine wave frequency modulation is applied (No IM), and the optimum intensity modulation is applied using the light intensity modulator 4 (with IM). For the above, modulated light having different power spectra as shown in FIG. 11 was generated. In this case as well, the power spectrum of the modulated light (No IM) obtained without intensity modulation increases in intensity at both ends near the upper and lower limits of the modulated frequency, and the optimum modulated light (with IM) The power spectrum is adjusted so that the intensity is increased even at substantially the center of the modulated frequency width while leaving portions where the intensity is increased at both ends of the modulated frequency.

図12は、上記従来の場合(No IM)と、最適な強度変調を施した場合(with IM)に測定されたブリルアンゲインスペクトルの比較結果を示している。図12(a)と図12(b)は、DSF部とSMF部のそれぞれにおいて、SSB変調器SSBMの周波数差Δνを10.2GHzから11.2GHzに掃引したときのブリルアンゲインの測定結果を示している。矢印として示したブリルアン周波数νBのピークは、相関ピークからの局所ブリルアン信号(前述の実信号)であり、その振幅は同じスケールで正規化されている。残りの部分は、測定光ファイバFUTの残りの全部分からの累積した背景ノイズである。測定光ファイバFUTのDSF部およびSMF部の何れにおいても、最適な強度変調を施した場合(with IM)には、従来の強度変調を施さない場合(No IM)よりも、背景ノイズの振幅が比較すると大幅に低減していることが明確に示されている。特に図12(a)におけるDSF部の測定結果において、最適な強度変調を施した場合(with IM)には、ノイズレベルがブリルアン信号よりも低く抑制されており、簡単なピーク検索による局部ブリルアン周波数の正確な検出が可能になる。FIG. 12 shows a comparison result of the Brillouin gain spectrum measured in the conventional case (No IM) and when the optimum intensity modulation is performed (with IM). 12 (a) and 12 (b) show the Brillouin gain measurement results when the frequency difference Δν of the SSB modulator SSBM is swept from 10.2 GHz to 11.2 GHz in each of the DSF unit and the SMF unit. . The peak of the Brillouin frequency ν B indicated by an arrow is a local Brillouin signal (the above-mentioned real signal) from the correlation peak, and its amplitude is normalized on the same scale. The remaining part is accumulated background noise from all remaining parts of the measurement optical fiber FUT. In both the DSF part and SMF part of the measurement optical fiber FUT, when the optimum intensity modulation is performed (with IM), the background noise amplitude is larger than when the conventional intensity modulation is not performed (No IM). The comparison clearly shows a significant reduction. In particular, in the measurement result of the DSF part in FIG. 12 (a), when optimum intensity modulation is performed (with IM), the noise level is suppressed lower than the Brillouin signal, and the local Brillouin frequency by simple peak search is suppressed. Can be detected accurately.

図13は、最適な強度変調を施した場合(with IM)において、測定光ファイバFUT上で10cm単位で分布測定を行なった結果を示している。ここでは、前記図10の「1」,「2」,「3」,「4」に対応して、DSF部の各位置とブリルアン周波数νBとの関係が、(a),(b),(c),(d)にそれぞれ示されている。図13の結果からも明らかなように、1kmもの長さの測定光ファイバFUTにわたって、30cmのDSF部が正しく検出されている。なお、ここでのブリルアン周波数νBの測定誤差は、約±3MHzであった。FIG. 13 shows the results of distribution measurement in units of 10 cm on the measurement optical fiber FUT when optimum intensity modulation is performed (with IM). Here, corresponding to “1”, “2”, “3”, and “4” in FIG. 10, the relationship between each position of the DSF portion and the Brillouin frequency ν B is (a), (b), They are shown in (c) and (d), respectively. As is clear from the results of FIG. 13, a DSF portion of 30 cm is correctly detected over the measurement optical fiber FUT having a length of 1 km. Here, the measurement error of the Brillouin frequency ν B was about ± 3 MHz.

以上のように、この実験例では、図11に示すようなスペクトル形状の光が出射されるように、光強度変調器4により光源1からの出力光に対し適切な強度変調を施すことで、BOCDA法の性能をさらに高めることが可能になる。この実験結果によれば、適切な強度変調を施すことによって、ブリルアンゲインスペクトルにおける背景ノイズレベルをさらに抑圧でき、30cmの空間分解能で1kmの範囲にわたる分布測定が可能になる。   As described above, in this experimental example, by applying appropriate intensity modulation to the output light from the light source 1 by the light intensity modulator 4 so that light having a spectrum shape as shown in FIG. 11 is emitted, The performance of the BOCDA method can be further enhanced. According to this experimental result, by applying appropriate intensity modulation, the background noise level in the Brillouin gain spectrum can be further suppressed, and distribution measurement over a range of 1 km can be performed with a spatial resolution of 30 cm.

このように、第1の実施形態における光ファイバ特性測定装置は、周波数変調された光を出力する光源部としての光源1と、光源1からの出力光の一部を周波数シフト手段であるSSB変調器8で周波数シフトさせ、被測定光ファイバFUTの一端からプローブ光として入射させるプローブ光生成手段31と、光源1からの出力光の一部の残りを、被測定光ファイバFUTの他端からポンプ光として入射させるポンプ光生成手段32と、ポンプ光とプローブ光との周波数差Δνを掃引しながら、被測定光ファイバFUTから出射されるプローブ光のブリルアンゲインを検出し、被測定光ファイバFUTの特性を測定する測定手段33とを備えた装置において、光源1からの光の周波数に対するスペクトル分布を任意に調整するスペクトル分布調整手段として、光源1に施される周波数変調に同期して、出力光の強度を変調させる強度変調手段としての光強度変調器4を備えている。   As described above, the optical fiber characteristic measuring apparatus according to the first embodiment includes the light source 1 as a light source unit that outputs frequency-modulated light, and SSB modulation that uses a part of the output light from the light source 1 as frequency shift means. The probe 8 generates a probe light from the optical fiber FUT, and the remaining part of the output light from the light source 1 is pumped from the other end of the optical fiber FUT. The Brillouin gain of the probe light emitted from the measured optical fiber FUT is detected while sweeping the frequency difference Δν between the pump light and the probe light, and the pump light generating means 32 that is made incident as light, and the measured optical fiber FUT In the apparatus provided with the measuring means 33 for measuring the characteristics, the light source 1 is applied as a spectral distribution adjusting means for arbitrarily adjusting the spectral distribution with respect to the frequency of the light from the light source 1. The light intensity modulator 4 is provided as intensity modulation means for modulating the intensity of the output light in synchronization with the frequency modulation.

これに対応して、第1の実施形態における光ファイバ特性測定方法は、光源部である光源1からの周波数変調された光を例えばSSB変調器8などで周波数シフトさせ、被測定光ファイバFUTの一端からプローブ光として入射する一方で、同じまたは別な光源1で同様に周波数変調された光を、被測定光ファイバFUTの他端からポンプ光として入射し、ポンプ光とプローブ光との周波数差Δνを掃引しながら、被測定光ファイバFUTから出射されるプローブ光のブリルアンゲインを検出し、被測定光ファイバFUTの特性を測定する方法において、光源1からの光の周波数に対するスペクトル分布を任意に調整するために、光源部の周波数変調に同期して、出力光に強度変調を施すようにしている。   Correspondingly, in the optical fiber characteristic measuring method in the first embodiment, the frequency-modulated light from the light source 1 which is a light source unit is frequency-shifted by, for example, the SSB modulator 8, etc., and the optical fiber FUT to be measured While being incident as probe light from one end, light that is similarly frequency-modulated by the same or another light source 1 is incident as pump light from the other end of the optical fiber FUT to be measured, and the frequency difference between the pump light and the probe light. In the method of detecting the Brillouin gain of the probe light emitted from the measured optical fiber FUT while sweeping Δν and measuring the characteristics of the measured optical fiber FUT, the spectral distribution with respect to the frequency of the light from the light source 1 is arbitrarily set. In order to adjust, intensity modulation is performed on the output light in synchronization with the frequency modulation of the light source unit.

なお、ここでいう光源部とは、図1に示すように単独の光源1からプローブ光とポンプ光とを生成するものだけでなく、プローブ光とポンプ光のそれぞれに光源を設けたものなども含む。   Note that the light source section here is not only one that generates probe light and pump light from a single light source 1 as shown in FIG. 1, but also one that has a light source for each of probe light and pump light. Including.

上記装置や方法では、光源1からの光に与えられる周波数変調に同期して、強度変調手段により強度変調をも施しているので、出力光の強度を特定の周波数で弱くしたり、または強くしたりすることも可能になり、当該出力光のスペクトル分布を適切に調整できる。そのため、相関ピーク位置以外で生じる周波数軸上に広がった雑音スペクトル形状を調節して、相関ピーク位置で生じるローレンツ型スペクトルのピーク周波数を精度よく測定することが可能になると共に、測定範囲dを広げることができる。つまり、非相関位置からの不要な成分を積算したノイズレベルを効果的に抑制することで、測定精度の向上を図ると共に、測定範囲dを伸ばすことができる新規な光ファイバ特性測定装置及び光ファイバ特性測定方法を提供できる。In the above apparatus and method, since the intensity modulation is also performed by the intensity modulation means in synchronization with the frequency modulation given to the light from the light source 1, the intensity of the output light is weakened or increased at a specific frequency. And the spectral distribution of the output light can be appropriately adjusted. Therefore, by adjusting the noise spectrum shape spread on the frequency axis generated by the non-correlation peak position, the peak frequency of the Lorentzian it becomes possible to measure accurately generated at the correlation peak position, the measurement range d m Can be spread. That is, by effectively suppressing the noise level by integrating the unwanted components from the non-correlation position, with improved measurement accuracy, the novel optical fiber characteristic measuring device and the light can be extended measurement range d m A fiber characteristic measuring method can be provided.

また、本実施形態における光ファイバ特性測定装置は、前記強度変調手段を光強度変調器4により構成している。これに対応して、本実施形態における光ファイバ特性測定方法は、出力光に施される強度変調が、光強度変調器4で行なわれている。   Further, in the optical fiber characteristic measuring apparatus according to the present embodiment, the intensity modulation means is constituted by the light intensity modulator 4. Correspondingly, in the optical fiber characteristic measuring method in the present embodiment, intensity modulation applied to output light is performed by the light intensity modulator 4.

この場合、光源1からの同期信号を受けて、光強度変調器4が光源1からの出力光に適切な強度変調を施すことが可能になる。   In this case, the light intensity modulator 4 can perform appropriate intensity modulation on the output light from the light source 1 in response to the synchronization signal from the light source 1.

次に、上記第1実施形態に代わる別な装置や方法について、好ましい実施形態を幾つか説明する。なお、第1実施形態と共通の部分には共通の符号を付し、同一箇所の説明は重複を避けるため極力省略する。   Next, several preferred embodiments will be described for another apparatus and method that replaces the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to a common part with 1st Embodiment, and description of the same location is abbreviate | omitted as much as possible in order to avoid duplication.

図2は本発明の第2実施形態の装置を示しているが、ここでは前記光強度変調器4に代わって、適切な透過スペクトル特性を有する光学フィルタ41を、光源1からの出力光の光路中に配置している。この場合も、光源1からの出力光の周波数変調に同期して、強度変調手段としての光学フィルタ41が実質的に強度変調を施こすことになり、出力光のスペクトル分布を適切に調整できる。また、光学フィルタ41を用いた場合は、光学フィルタ41自体のフィルタリング特性により、出力光に対してその周波数に応じた強度の調整が可能になるため、信号発生器2からの同期信号を必要とせず、極めて容易にノイズS2の低減と測定範囲dの拡張を実現できる。FIG. 2 shows an apparatus according to a second embodiment of the present invention. Here, instead of the light intensity modulator 4, an optical filter 41 having an appropriate transmission spectrum characteristic is replaced with an optical path of output light from the light source 1. Arranged inside. Also in this case, in synchronization with the frequency modulation of the output light from the light source 1, the optical filter 41 as the intensity modulation means substantially performs the intensity modulation, and the spectral distribution of the output light can be adjusted appropriately. In addition, when the optical filter 41 is used, the intensity of the output light can be adjusted according to the frequency due to the filtering characteristics of the optical filter 41 itself, so that a synchronization signal from the signal generator 2 is required. not, it can be realized very easily extended to reduce the measurement range d m of the noise S2.

さらに、別な強度変調手段の構成として、第1実施形態における外部変調方式の光強度変調器4に代わり、正弦波以外の繰り返し波形で光源1からの出力光を周波数変調する直接変調方式の信号発生器51を利用してもよい。図3は、その一例を第3実施形態として示したもので、ここでの信号発生器51は、例えば三角波状の繰り返し波形により半導体レーザ3からの出力光を周波数変調する機能を有する。   Further, as another configuration of intensity modulation means, instead of the external modulation type light intensity modulator 4 in the first embodiment, a direct modulation type signal that frequency-modulates the output light from the light source 1 with a repetitive waveform other than a sine wave. Generator 51 may be used. FIG. 3 shows an example thereof as a third embodiment. The signal generator 51 here has a function of frequency-modulating the output light from the semiconductor laser 3 with a triangular waveform, for example.

図14は、従来の正弦波状の繰り返し波形で出力光を周波数変調した場合と、正弦波以外の繰り返し波形で出力光を周波数変調した場合の、周波数変調波形と、そこから計算される時間平均スペクトル形状をそれぞれ示している。同図(a)では、上段に正弦波状に光源1の出力光の周波数を変化させた従来の周波数変調波形(便宜上、ここでは余弦波になっているが、実質上は等価である)が示されているが、この場合は変動する周波数の最大変位部分に比較的長く留まるので、下段のスペクトル形状の波形に示すように、周波数の上限および下限付近の両端で、スペクトラム強度(パワー)が大きく偏ってしまう。一方、図14(b)の上段に示す三角波形状で光源1の出力光の周波数を変化させた場合には、どの周波数にも同じ時間だけ留まるので、同図(b)の下段に示すように、スペクトラム強度が均一になる。さらに図14(c)の上段に示す繰り返し波形で光源1の出力光の周波数を変化させた場合には、同図(c)の下段に示すように、スペクトラム強度がガウス分布状になる。   FIG. 14 shows a frequency modulation waveform when the output light is frequency-modulated with a conventional sine wave-like repetitive waveform and a time-modulated spectrum calculated from the frequency modulation waveform when the output light is frequency-modulated with a repetitive waveform other than a sine wave. Each shape is shown. FIG. 2A shows a conventional frequency modulation waveform (in the example shown here, a cosine wave, but is substantially equivalent) in which the frequency of the output light of the light source 1 is changed in a sine wave form in the upper stage. However, in this case, it stays relatively long at the maximum displacement part of the fluctuating frequency, so the spectrum intensity (power) is large at both ends near the upper and lower limits of the frequency as shown in the waveform of the lower spectrum shape. It will be biased. On the other hand, when the frequency of the output light of the light source 1 is changed in the triangular wave shape shown in the upper part of FIG. 14B, the frequency stays for the same time at any frequency, so as shown in the lower part of FIG. The spectrum intensity becomes uniform. Furthermore, when the frequency of the output light of the light source 1 is changed with the repetitive waveform shown in the upper part of FIG. 14C, the spectrum intensity becomes Gaussian as shown in the lower part of FIG.

図15は、前記図14に示す各周波数変調波形を有する出力光を用いて、被測定光ファイバFUTのDSF部を測定した場合に、ブリルアンゲインスペクトル形状がどのようになるのかをシミュレーションした結果をあらわしている。同図において、W1は前記図14(a)の条件に合致し、W2は図14(b)の条件に合致し、W3は図14(c)の条件に合致している。また、ここでの被測定光ファイバFUTは、全体の1000分の1だけがDSF部で、それ以外の残りはSMF部であることを想定している。図15(a)は正規化されたブリルアンゲインスペクトル形状を示し、図15(b)は絶対値のブリルアンゲインスペクトル形状を示しているが、特に三角波の繰り返し波形で光源1の出力光を周波数変調させた場合には、DSF部のピーク周波数が判定し易くなっていることがわかる。このように、周波数変調波形を工夫するだけで、光源1の出力光に対し等価的に強度変調を施すことができ、ノイズの低減と測定範囲dの拡大がある程度は可能になる。FIG. 15 shows the simulation result of the Brillouin gain spectrum shape when the DSF part of the optical fiber FUT to be measured is measured using the output light having each frequency modulation waveform shown in FIG. Appears. In FIG. 14, W1 matches the condition of FIG. 14A, W2 matches the condition of FIG. 14B, and W3 matches the condition of FIG. 14C. In addition, the optical fiber FUT to be measured here assumes that only 1/1000 of the entire optical fiber FUT is a DSF part and the rest is an SMF part. FIG. 15A shows the normalized Brillouin gain spectrum shape, and FIG. 15B shows the absolute Brillouin gain spectrum shape. In particular, the output light from the light source 1 is frequency-modulated with a triangular waveform. In this case, it can be seen that the peak frequency of the DSF part can be easily determined. Thus, by simply modifying the frequency modulation waveform, to the output light of the light source 1 can be subjected to equivalently intensity modulation, it expanded reduce the measurement range d m of noise is possible to some extent.

第3実施形態では、前述の強度変調手段を、正弦波以外の繰り返し波形で光源1からの出力光を周波数変調する信号発生器51により構成している。また、ここでは、出力光に施される強度変調が、正弦波以外の繰り返し波形で光源1からの出力光を周波数変調する信号発生器51で行なわれている。このように、信号発生器51を利用して出力光の周波数変調波形を正弦波状以外のものに変えるだけで、出力光に対し強度変調を施したものと同様に、出力光のスペクトル分布を適切に調整でき、ノイズの低減と測定範囲の拡張を実現できる。   In the third embodiment, the intensity modulation means described above is configured by a signal generator 51 that frequency modulates the output light from the light source 1 with a repetitive waveform other than a sine wave. Here, intensity modulation applied to the output light is performed by a signal generator 51 that frequency modulates the output light from the light source 1 with a repetitive waveform other than a sine wave. In this way, just by changing the frequency modulation waveform of the output light to something other than a sinusoidal waveform using the signal generator 51, the spectral distribution of the output light is appropriately adjusted as in the case where the intensity modulation is performed on the output light. The noise can be reduced and the measurement range can be expanded.

図4は、本発明における第4実施形態の装置を示している。この実施形態は、本願発明者らが先に特願2005−348482で提案した「ダブルロックイン法」を、第1実施形態の装置構成に組み込んだものである。なお、図4では強度変調手段として光強度変調器4を用いているが、第2実施形態における光学フィルタ41や、第3実施形態における信号発生器51を代わりに用いてもよい。ここでは、ポンプ光とは異なる周波数で、プローブ光にも第2の基準信号発生器61を有する第2の光強度変調器62により強度変調を施すとともに、光検出器20からの検出出力は、直列接続された第1のロックイン増幅器21と第2のロックイン増幅器22を通ることにより、ポンプ光の変調周波数とプローブ光の変調周波数でそれぞれ同期検波され、誘導ブリルアン現象に伴うプローブ光の増加分だけが、データ処理器23に最終的なデータとして所定のサンプリング率で取り込まれるようになっている。   FIG. 4 shows an apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the “double lock-in method” previously proposed in Japanese Patent Application No. 2005-348482 by the inventors of the present application is incorporated into the apparatus configuration of the first embodiment. In FIG. 4, the light intensity modulator 4 is used as the intensity modulation means, but the optical filter 41 in the second embodiment and the signal generator 51 in the third embodiment may be used instead. Here, intensity of the probe light is modulated by the second light intensity modulator 62 having the second reference signal generator 61 at a frequency different from that of the pump light, and the detection output from the light detector 20 is By passing through the first lock-in amplifier 21 and the second lock-in amplifier 22 connected in series, synchronous detection is performed at the modulation frequency of the pump light and the modulation frequency of the probe light, respectively, and the increase of the probe light accompanying the induced Brillouin phenomenon Only the amount is taken into the data processor 23 as final data at a predetermined sampling rate.

そして被測定光ファイバFUT中を伝搬するプローブ光とポンプ光は、それぞれ第2の光強度変調器62と第1の光強度変調器13によって、異なる周波数でチョッピングされる。このような両光を被測定光ファイバFUT中で対向して伝搬させると、チョッピングされたプローブ光に重畳して、誘導ブリルアン散乱によるプローブ光の増加分が、ポンプ光の強度変調周波数によりチョッピングされた状態で、被測定光ファイバFUTから出射される。この出射光を光検出器20で検出し、第1のロックイン増幅器21によりポンプ光の強度変調周波数で同期検波すると、同じ強度変調周波数成分を含む前記ポンプ光の一部とプローブ光の増加分だけが取り出されて増幅出力され、それ以外の周波数成分は除去される。第1のロックイン増幅器21で検波されたポンプ光の一部は、プローブ光の強度変調周波数の影響を受けていないが、同じく第1のロックイン増幅器21で検波された誘導ブリルアン散乱によるプローブ光の増加分は、元のプローブ光の強度変調周波数に同期している。そのため、後段の第2のロックイン増幅器22によりプローブ光の強度変調周波数で同期検波すると、プローブ光の増加分だけが取り出されて増幅出力され、それ以外のポンプ光の一部を含む他の雑音成分がここで完全に除去される。   Then, the probe light and the pump light propagating through the measured optical fiber FUT are chopped at different frequencies by the second light intensity modulator 62 and the first light intensity modulator 13, respectively. When both such lights are propagated in opposition in the measured optical fiber FUT, they are superimposed on the chopped probe light, and the increase in the probe light due to stimulated Brillouin scattering is chopped by the intensity modulation frequency of the pump light. In this state, the light is emitted from the measured optical fiber FUT. When this emitted light is detected by the photodetector 20 and synchronously detected at the intensity modulation frequency of the pump light by the first lock-in amplifier 21, a part of the pump light including the same intensity modulation frequency component and the increase in the probe light are detected. Are extracted and amplified and output, and other frequency components are removed. A part of the pump light detected by the first lock-in amplifier 21 is not affected by the intensity modulation frequency of the probe light, but is also probe light by stimulated Brillouin scattering detected by the first lock-in amplifier 21. The increase in is synchronized with the intensity modulation frequency of the original probe light. Therefore, when synchronous detection is performed at the intensity modulation frequency of the probe light by the second lock-in amplifier 22 at the subsequent stage, only the increase of the probe light is extracted and amplified and output, and other noise including part of the other pump light The component is now completely removed.

つまり、図4に示す装置では、元のプローブ光にもポンプ光とは異なる周波数で強度変調が施されているので、第1のロックイン増幅器21でポンプ光の一部とプローブ光の増加分を同期検波した後も、歪み測定に必要なプローブ光の増加分だけが、元のプローブ光の強度変調周波数に同期している。このことを利用すれば、光検出器20の前段に光波長フィルタを配置することなく、第2のロックイン増幅器22によって、プローブ光の増加分を他の成分から完全に分離することができる。しかも、装置として空間分解能Δzを高く維持したまま測定範囲dを拡大させることを目的として、光源1の周波数変調の振幅Δfをある程度広げた場合でも、ポンプ光とプローブ光の周波数差Δνを利用して、プローブ光の増加分を検出してはいないので、この振幅Δfの影響を受けることなく、必要なプローブ光の増加分だけを正しく検出できる。That is, in the apparatus shown in FIG. 4, since the original probe light is intensity-modulated at a frequency different from that of the pump light, the first lock-in amplifier 21 uses a part of the pump light and the increase in the probe light. Even after synchronous detection, only the increase in probe light necessary for distortion measurement is synchronized with the intensity modulation frequency of the original probe light. If this is utilized, the increase in the probe light can be completely separated from the other components by the second lock-in amplifier 22 without arranging the optical wavelength filter in front of the photodetector 20. Moreover, use for the purpose of enlarging the measurement range d m while maintaining a high spatial resolution Δz as a device, even if the amplitude Δf of the frequency modulation of the light source 1 was spread to some extent, the frequency difference Δν of the pump light and the probe light Since the increase in the probe light is not detected, only the necessary increase in the probe light can be correctly detected without being affected by the amplitude Δf.

こうして、上記第1〜第3実施形態で説明した強度変調と、この第4実施形態で説明した「ダブルロックイン法」とを組み合わせることで、相乗的に測定範囲dの拡大を実現できる。勿論、「ダブルロックイン法」以外の各種BOCDA法において、上記第1〜第3実施形態で説明した強度変調の概念を組み込んでも、測定精度の向上を図れると共に、測定範囲dを拡大できることは言うまでもない。Thus, the intensity modulation explained in the first to third embodiments, by combining the "double lock-method" described in this fourth embodiment can realize a synergistically expansion of the measurement range d m. Of course, in various BOCDA method other than the "double lock-method", also incorporate the concept of intensity modulation explained in the first to third embodiments, the thereby improving the measurement accuracy, the ability to expand the measurement range d m is Needless to say.

次に、従来例と本実施形態におけるBOCDAシステムの各シミュレーション結果を、図16〜図21に基づき説明する。   Next, simulation results of the conventional example and the BOCDA system in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図16は、光源1からの出力光に対して周波数変調のみを施した場合における、BOCDAシステムの各部シミュレーション波形を示している。ここでは、図16(a)上段の波形によって、出力光に対し正弦波状の周波数変調を行ない、被測定光ファイバFUTに沿って誘導ブリルアン散乱が生じる位置を局在化させる。一方、図16(a)下段は出力光の強度変調波形であり、ここでは強度変調を行っていないことを表している。このとき、光源1の出力光の時間平均スペクトルは、図16(b)のようになるが、これは前記図14(a)下段の波形に等しい。   FIG. 16 shows a simulation waveform of each part of the BOCDA system when only the frequency modulation is performed on the output light from the light source 1. Here, sinusoidal frequency modulation is performed on the output light by the upper waveform in FIG. 16A to localize the position where stimulated Brillouin scattering occurs along the measured optical fiber FUT. On the other hand, the lower part of FIG. 16A shows the intensity modulation waveform of the output light, which indicates that intensity modulation is not performed here. At this time, the time average spectrum of the output light of the light source 1 is as shown in FIG. 16B, which is equal to the waveform in the lower part of FIG.

この場合、誘導ブリルアン散乱を局在発生させた位置(測定点)ではローレンツ型のスペクトルが生じる。一方で、局在化位置以外では周波数軸上に広がったスペクトルとなり、その被測定光ファイバFUTに沿う積分が本測定システムの出力スペクトル中に現れる。そのスペクトル形状は、中心の周波数で僅かな窪みを生じ、そこから周波数が高くまたは低くなるに従って湾曲状に減少する勾配部を有するいわゆる富士山型である。被測定光ファイバFUTに沿って1箇所にのみ歪があるとき得られるBOCDAシステムの出力スペクトルを、図16(c)に示す。ここでは、歪の大きさが変わると、富士山型の背景スペクトル上をローレンツ型スペクトルがすべり落ちるように変化する。   In this case, a Lorentz spectrum is generated at a position (measurement point) where stimulated Brillouin scattering is localized. On the other hand, the spectrum spreads on the frequency axis except for the localized position, and the integral along the measured optical fiber FUT appears in the output spectrum of the present measurement system. The spectral shape is a so-called Mt. Fuji type that has a slight depression at the center frequency, and has a slope portion that decreases in a curved shape as the frequency becomes higher or lower. FIG. 16C shows the output spectrum of the BOCDA system obtained when there is distortion at only one location along the measured optical fiber FUT. Here, when the magnitude of the distortion changes, the Lorentz-type spectrum changes so as to slide on the Fuji-type background spectrum.

従来は、空間分解能Δzに比して被測定レンジすなわち測定範囲dが長くなると、この背景スペクトルが相対的に大きくなって測定精度が落ちる。さらに重要なことは、従来は歪量が大きくなると、ローレンツ型スペクトルの先端より富士山型の背景スペクトルの頂点の方が高くなり、歪の検出が不可能となることである。Conventionally, when the measurement range i.e. measurement range d m is longer than the spatial resolution Delta] z, the measurement accuracy drops this background spectrum becomes relatively large. More importantly, conventionally, when the amount of distortion increases, the peak of the Mt. Fuji-type background spectrum becomes higher than the tip of the Lorentz-type spectrum, making it impossible to detect the distortion.

図16(d)は、歪量の関数として、測定点のスペクトルと富士山型スペクトルの高さの比をプロットしたものである。このSNRの値が1以下となると、歪測定が不可能となる。このシミュレーションでは、図16(d)で示すように、ブリルアン周波数νBのシフト量として、230MHzが歪測定の限界であることを示しており、これは0.46%(4,600με)の歪量に対応する。FIG. 16D is a plot of the ratio of the spectrum at the measurement point and the height of the Mt. Fuji spectrum as a function of the amount of distortion. When the value of this SNR is 1 or less, distortion measurement becomes impossible. In this simulation, as shown in FIG. 16 (d), it is shown that 230 MHz is the limit of strain measurement as the shift amount of the Brillouin frequency ν B , which corresponds to the strain amount of 0.46% (4,600με). To do.

続いて、出力光に周波数変調と強度変調を併用して施した場合について説明する。上記各実施形態のように、光源1として半導体レーザ3を用い、周波数変調をその直接周波数変調特性を活用して実行した場合には、半導体レーザ3への注入電流の変化による周波数変調に付随して強度変調も生じる。この影響をシミュレーションしたのが、図17である。   Next, a case where the output light is combined with frequency modulation and intensity modulation will be described. When the semiconductor laser 3 is used as the light source 1 and the frequency modulation is performed by utilizing the direct frequency modulation characteristics as in the above embodiments, the frequency modulation is accompanied by a change in the injection current to the semiconductor laser 3. Intensity modulation also occurs. This effect is simulated in FIG.

ここでは、半導体レーザ3の注入電流に比例して、周波数も強度も共に変化するものと考えられる。この様子を示すのが、図17(a)の上段における出力光の周波数変調波形と、図17(a)の下段における出力光の強度変調波形である。出力光に対する強度変調が大きくなるに従い、図17(b)に示す時間平均スペクトルが非対称になる。例えば、強度変調の度合いを示す変調率が、30%,60%,90%と次第に大きくなった場合をシミュレーションすると、時間平均スペクトルの非対称性は増加する。このような非対称性が増加するのに伴い、図17(c)に示したように、富士山型の背景スペクトルの勾配がきつく急になる。つまり、歪量の検出限界がより小さくなる。なお、図17(c)における「No IM」は、従来の強度変調を施さない場合のスペクトル形状である。   Here, it is considered that both the frequency and the intensity change in proportion to the injection current of the semiconductor laser 3. This is shown in the frequency modulation waveform of the output light in the upper stage of FIG. 17A and the intensity modulation waveform of the output light in the lower stage of FIG. As the intensity modulation for the output light increases, the time average spectrum shown in FIG. 17B becomes asymmetric. For example, when the case where the modulation rate indicating the degree of intensity modulation is gradually increased to 30%, 60%, and 90% is simulated, the asymmetry of the time average spectrum increases. As such asymmetry increases, the slope of the Mt. Fuji-type background spectrum becomes steep as shown in FIG. That is, the detection limit of the distortion amount becomes smaller. Note that “No IM” in FIG. 17C is a spectrum shape when the conventional intensity modulation is not performed.

図17(d)は、歪量の関数として、測定点のスペクトルと富士山型スペクトルの高さの比をプロットしたものである。ここでは、時間平均スペクトルの非対称性が増大するほど、つまり強度変調が大きくなるほど、歪量の検出限界が小さくなることが明示されている。一例として、変調率60%の強度変調では、ブリルアン周波数νBのシフト量として、約200MHzが歪測定の限界となっている。FIG. 17D is a plot of the ratio of the spectrum at the measurement point and the height of the Mt. Fuji spectrum as a function of the amount of distortion. Here, it is clearly shown that as the asymmetry of the time average spectrum increases, that is, the intensity modulation increases, the detection limit of the distortion amount decreases. As an example, in intensity modulation with a modulation rate of 60%, the strain measurement limit is approximately 200 MHz as the shift amount of the Brillouin frequency ν B.

つまり、半導体レーザ3の直接周波数変調特性を活用する際、これに伴って生じる強度変調の影響を補償することが望まれる。   That is, when utilizing the direct frequency modulation characteristic of the semiconductor laser 3, it is desired to compensate for the influence of intensity modulation caused by this.

図18は、こうした強度変調による影響を補償すべく、正弦波状に変化する周波数変調に同期して、強度変調を施した場合のシミュレーション結果を示している。光源1からの出力光に対して正弦波で周波数変調を行った場合は、時間平均スペクトルの両サイドで強度が大きくなる。これを補償するように、上記第1実施形態〜第4実施形態のいずれかを選択して、周波数変調に同期した強度変調を施すことを考える。   FIG. 18 shows a simulation result when intensity modulation is performed in synchronization with frequency modulation changing in a sine wave shape to compensate for the influence of such intensity modulation. When frequency modulation is performed on the output light from the light source 1 with a sine wave, the intensity increases on both sides of the time-average spectrum. In order to compensate for this, it is assumed that any one of the first to fourth embodiments is selected and intensity modulation synchronized with frequency modulation is performed.

図18(a)上段は、正弦波状に変化する出力光の周波数変調波形であるが、変動する周波数の上限と下限に同期して、出力光の強度が最小になるように強度変調を施す。図18(a)下段は、そうした強度変調の例を示しているが、「Full」は時間平均スペクトルが全周波数に亘ってフラットになるようにした強度変調を表している。この場合の時間平均スペクトルを、図18(b)の「Full」に示す。また、図18(a)下段の「Half」は、強度変調の最小値を最大値の半分である0.5とした場合で、時間平均スペクトルの両サイドの値は減少させられているがフラットではない。図18(b)には、このときの時間平均スペクトルも示されている(図中、「Half」の部分の波形を参照)。   The upper part of FIG. 18A shows the frequency modulation waveform of the output light that changes in a sine wave shape, and the intensity modulation is performed so that the intensity of the output light is minimized in synchronization with the upper and lower limits of the fluctuating frequency. The lower part of FIG. 18A shows an example of such intensity modulation. “Full” represents intensity modulation in which the time average spectrum is flat over the entire frequency. The time average spectrum in this case is shown as “Full” in FIG. Further, “Half” in the lower part of FIG. 18A is a case where the minimum value of intensity modulation is set to 0.5, which is half of the maximum value, and the values on both sides of the time average spectrum are reduced, but are not flat. . FIG. 18B also shows the time-average spectrum at this time (see the waveform of “Half” in the figure).

このときのBOCDAシステムの出力スペクトルは、図18(c)のようになる。図18(c)上段に示す「Half」の場合には、富士山型の背景スペクトルの高さが低くなり、さらに図18(c)下段に示す「Full」の場合には、背景スペクトルがフラットになっている。但し、背景スペクトルの中央では、「Half」および「Full」のいずれの場合も窪みができる。この結果、「Half」において、歪が無い(光ファイバ全長にわたり均一のブリルアン周波数シフト量となる)場合には、測定点でのローレンツ型スペクトルが窪みに落ち込んで低くなる。さらに、「Full」の場合には、ローレンツ型スペクトルが窪みに完全に落ち込んでしまい、歪測定が不可能となる。   The output spectrum of the BOCDA system at this time is as shown in FIG. In the case of “Half” shown in the upper part of FIG. 18C, the height of the Mt. Fuji-type background spectrum is low, and in the case of “Full” shown in the lower part of FIG. 18C, the background spectrum is flat. It has become. However, in the center of the background spectrum, a depression is formed in both cases of “Half” and “Full”. As a result, in “Half”, when there is no distortion (a uniform Brillouin frequency shift amount over the entire length of the optical fiber), the Lorentz spectrum at the measurement point falls into the depression and becomes low. Furthermore, in the case of “Full”, the Lorentz type spectrum completely falls into the depression, and the strain measurement becomes impossible.

図18(d)は、歪量の関数として、測定点のスペクトルと富士山型スペクトルの高さの比をプロットしたものを示している。測定点で周囲に比べて歪が少ない(あるいは無い)場合には、測定が難しくなることが分かる。しかし、一方で、歪が大きくなっても背景スペクトルに隠れることはなく、この点では図16や図17に示す測定システムよりも歪測定の限界が改善されていることが分かる。   FIG. 18D shows a plot of the ratio of the height of the spectrum at the measurement point and the Mt. Fuji spectrum as a function of the amount of distortion. It can be seen that measurement is difficult when the measurement point has less (or no) distortion than the surroundings. However, on the other hand, even if the distortion becomes large, it is not hidden in the background spectrum, and in this respect, it can be seen that the distortion measurement limit is improved as compared with the measurement systems shown in FIGS.

図18では、出力光の周波数が変動中心に近づくにしたがって、その強度を最大値に近づけると共に、当該出力光の周波数が上限と下限に近づくにしたがって、その最小値が例えば0.5以下となるような「Half」や「Full」の強度変調を施す。こうすると、光源1からの出力光の周波数が変動するのに伴い、その周波数の上端および下端付近で出力光の強度が集中して偏ることを改善できる。そのため、被測定光ファイバFUTへの歪が大きくなっても、測定点におけるローレンツ型スペクトルのピークを富士山型の背景スペクトルのピークより大きく維持でき、大きな歪が加わってもその値を正しく測定できる。但し、歪量が少ない(あるいは無い)位置の測定は困難ないしは不可能になる。   In FIG. 18, the intensity approaches the maximum value as the frequency of the output light approaches the fluctuation center, and the minimum value becomes, for example, 0.5 or less as the frequency of the output light approaches the upper limit and the lower limit. Apply “Half” and “Full” intensity modulation. In this way, it can be improved that the intensity of the output light is concentrated and biased near the upper and lower ends of the frequency as the frequency of the output light from the light source 1 fluctuates. Therefore, even if the strain on the optical fiber FUT to be measured increases, the Lorentz-type spectrum peak at the measurement point can be kept larger than the peak of the Mt. Fuji-type background spectrum, and the value can be measured correctly even when a large strain is applied. However, it is difficult or impossible to measure a position with little (or no) distortion.

この問題を解決する有効な手段は、時間平均スペクトルの両サイドにもう少し多くの強度を残すことであることをシミュレーションにより明らかにする。   Simulations show that an effective means of solving this problem is to leave a little more intensity on both sides of the time average spectrum.

このようにするための強度変調と時間との関係を示した波形を、図19の左下に示す。右図の四角で囲んだ波形は、出力光スペクトルの両サイド部分に対応する強度変調の様子を示している。ここでの強度変調手段は、正弦波状に変化する出力光の周波数が変動中心に近づくにしたがって、その強度を最大値に近づけると共に、この出力光の周波数が上限と下限に近づくにしたがって、その強度を最大値に対して0.5以下の最小値に近づけるような、オリジナルの「Half」や「Full」の強度変調に加えて、当該出力光の周波数が上限と下限に達するタイミングで、出力光の強度を最小値よりも瞬間的に大きな値にする最適化の機能を有する。このような強度変調手段は、上記第1実施形態〜第4実施形態のいずれかに組み入れることが可能である。   A waveform showing the relationship between intensity modulation and time for this purpose is shown in the lower left of FIG. The waveform surrounded by the square in the right figure shows the intensity modulation corresponding to both side portions of the output light spectrum. Here, the intensity modulation means brings the intensity closer to the maximum value as the frequency of the output light that changes in a sine wave approaches the fluctuation center, and the intensity as the frequency of the output light approaches the upper limit and the lower limit. In addition to the original “Half” and “Full” intensity modulation that brings the maximum value closer to the minimum value of 0.5 or less, the intensity of the output light at the timing when the frequency of the output light reaches the upper and lower limits Has an optimization function that makes the value instantaneously larger than the minimum value. Such intensity modulation means can be incorporated in any of the first to fourth embodiments.

図20は、図19に示すような最適化した強度変調を採用した場合における、BOCDAシステムの出力ブリルアンスペクトルのシミュレーション結果である。図20(a)は、歪が零の部分を測定点とした場合における、オリジナルの「Half」強度変調と、図19に示す最適化した「Half」強度変調の出力スペクトルをそれぞれ示している。最適化した強度変調では、「Full」の場合も「Half」の場合も、測定点に対応したローレンツ型スペクトルが明確に確認できる。一方、図20(b)は、歪が加わっている場所を測定点とした場合のスペクトルであり、最適化した「Full」若しくは「Half」の強度変調では、歪が大きくなっても、ローレンツ型スペクトルが富士山型の背景スペクトルに埋もれることがない様子がわかる。つまり、最適化した強度変調では、被測定光ファイバの歪量が無い場合や、少ない場合であっても、ローレンツ型スペクトルのピークを背景スペクトルのピークよりも大きくすることができ、被測定光ファイバFUTへの歪量の大小に拘らず、正確な歪測定が可能になる。   FIG. 20 is a simulation result of the output Brillouin spectrum of the BOCDA system when the optimized intensity modulation as shown in FIG. 19 is employed. FIG. 20A shows the output spectrum of the original “Half” intensity modulation and the optimized “Half” intensity modulation shown in FIG. 19 when the zero-distortion portion is the measurement point. In the optimized intensity modulation, the Lorentz spectrum corresponding to the measurement point can be clearly confirmed in both the case of “Full” and “Half”. On the other hand, FIG. 20B shows a spectrum when a place where distortion is applied is taken as a measurement point. In the optimized “Full” or “Half” intensity modulation, even if the distortion becomes large, the Lorentz type is shown. It can be seen that the spectrum is not buried in the Fuji-type background spectrum. In other words, with the optimized intensity modulation, the Lorentz spectrum peak can be made larger than the background spectrum peak even when the measured optical fiber has little or no distortion, and the measured optical fiber Regardless of the amount of strain on the FUT, accurate strain measurement is possible.

さらに図21は、図19に示すような最適化した強度変調を採用した場合における、測定点のスペクトルと富士山型スペクトルの高さの比をプロットしたシミュレーション結果である。図21(a)は、オリジナルの「Half」強度変調と、図19に示す最適化した「Half」強度変調とをそれぞれ示しているが、歪量が少ない(あるいは無い)位置に対応するブリルアン周波数νBのシフト量で、最適化した「Half」強度変調のSNRが改善していることがわかる。また、それ以外の歪量が大きい位置に対応するブリルアン周波数νBのシフト量でも、最適化した「Half」強度変調のSNRは1以上を確保して、正確な測定が可能になる。Furthermore, FIG. 21 is a simulation result in which the ratio of the spectrum of the measurement point and the height of the Mt. Fuji spectrum is plotted when the optimized intensity modulation as shown in FIG. 19 is employed. FIG. 21 (a) shows the original “Half” intensity modulation and the optimized “Half” intensity modulation shown in FIG. 19, respectively, but the Brillouin frequency corresponding to a position with little (or no) distortion. It can be seen that the SNR of the optimized “Half” intensity modulation is improved by the shift amount of ν B. In addition, even with the shift amount of the Brillouin frequency ν B corresponding to a position where the distortion amount is large, the SNR of the optimized “Half” intensity modulation is ensured to be 1 or more, and accurate measurement is possible.

同様に、図21(b)は、オリジナルの「Full」強度変調と、図19に示す最適化した「Full」強度変調とをそれぞれ示しているが、最適化した「Full」強度変調では、ブリルアン周波数νBのシフト量の大小に拘らず、1より十分大きなSNRを維持しており、小さな歪から大きな歪に至るまで、その位置を正確に測定することができる。こうして、「Half」または「Full」強度変調波形に図19のような調整を施した波形が、現実的に優れた強度変調波形であることが分かる。Similarly, FIG. 21 (b) shows the original “Full” intensity modulation and the optimized “Full” intensity modulation shown in FIG. 19, respectively. Regardless of the shift amount of the frequency ν B, an SNR sufficiently larger than 1 is maintained, and the position can be accurately measured from a small distortion to a large distortion. Thus, it can be seen that a waveform obtained by adjusting the “Half” or “Full” intensity modulation waveform as shown in FIG. 19 is an actually excellent intensity modulation waveform.

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。例えば、発明の詳細な説明中にある周波数変調とは、位相変調の技術も含んでいる。また、光源として周波数変調された光を出力可能なものであれば、半導体レーザ以外の手法による光を利用してもよい。さらに、光源1に含まれる半導体レーザ(レーザダイオード)3は、その周波数変調における速度と振幅が制限されるので、より変調特性の良好な光源1を利用すれば、更なる改善が可能になる。   In addition, this invention is not limited to the said Example, It can change in the range which does not deviate from the meaning of this invention. For example, frequency modulation in the detailed description of the invention includes phase modulation techniques. Further, as long as the light source can output frequency-modulated light, light by a technique other than the semiconductor laser may be used. Further, since the speed and amplitude in frequency modulation of the semiconductor laser (laser diode) 3 included in the light source 1 are limited, further improvement can be achieved by using the light source 1 with better modulation characteristics.

本発明におけるBOCDA法は、従来に比べて空間分解能の限界を100倍改善し、また測定速度も1万倍改善して、世界的にも注目を集めており、高い空間分解能,高速測定,測定位置へのランダムアクセス機能を併せ持つ世界唯一の技術である。そのため、土木・建設,航空・宇宙,原子力・エネルギー,交通・運輸などの幅広い分野で、痛みのわかる材料・構造のための神経網として本技術が注目されている。本発明により、一層の性能向上が図られ、実用化が加速されるものと期待できる。   The BOCDA method according to the present invention has improved the spatial resolution limit by a factor of 100 compared to the conventional method, and has improved the measurement speed by a factor of 10,000. It is the only technology in the world that has a random access function for location. For this reason, this technology is attracting attention as a neural network for materials and structures that can understand pain in a wide range of fields such as civil engineering / construction, aviation / space, nuclear energy / energy, transportation / transportation. The present invention can be expected to further improve performance and accelerate practical application.

本発明の第1実施形態における光ファイバ特性測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical fiber characteristic measuring apparatus in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における光ファイバ特性測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical fiber characteristic measuring apparatus in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態における光ファイバ特性測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical fiber characteristic measuring apparatus in 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態における光ファイバ特性測定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the optical fiber characteristic measuring apparatus in 4th Embodiment of this invention. 図1の装置の実験例として使用した被測定光ファイバFUTの構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the to-be-measured optical fiber FUT used as an experiment example of the apparatus of FIG. 図1の装置の実験例において、(a)は各変調光におけるパワースペクトルを示す測定結果のグラフで、また(b)は、従来の周波数変調波形を示す変調電圧と、変調光(IM1)のパワースペクトルに対応した光強度変調器の透過率とを示すグラフである。In the experimental example of the apparatus of FIG. 1, (a) is a graph of measurement results indicating the power spectrum of each modulated light, and (b) is a modulation voltage indicating a conventional frequency modulation waveform and the modulated light (IM1). It is a graph which shows the transmittance | permeability of the light intensity modulator corresponding to a power spectrum. 図1の装置の実験例において、各変調光(No IM,IM1,IM2,IM3)を用い、DSF部およびSMF部で測定されたブリルアンゲインスペクトルのグラフである。2 is a graph of Brillouin gain spectra measured in the DSF unit and the SMF unit using each modulated light (No IM, IM1, IM2, IM3) in the experimental example of the apparatus of FIG. 図1の装置の実験例において、強度変調を施さない場合(No IM)と、最適な強度変調を施した場合(IM3)における、DSF部およびSMF部で測定されたブリルアンゲインスペクトルのグラフである。FIG. 2 is a graph of Brillouin gain spectra measured in the DSF unit and the SMF unit when intensity modulation is not performed (No IM) and when optimum intensity modulation is performed (IM3) in the experimental example of the apparatus of FIG. . 図1の装置の実験例において、強度変調を施さない場合(No IM)と、最適な強度変調を施した場合(IM3)における、各DSF部で測定されたブリルアン周波数のグラフである。FIG. 2 is a graph of Brillouin frequencies measured by each DSF section when no intensity modulation is performed (No IM) and when optimum intensity modulation is performed (IM3) in the experimental example of the apparatus of FIG. 図1の装置の別な実験例で使用した被測定光ファイバFUTの構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the to-be-measured optical fiber FUT used in another experiment example of the apparatus of FIG. 図1の装置の別な実験例において、従来の強度変調を施さない場合(No IM)と、最適な強度変調を施した場合(with IM)のパワースペクトルを示すグラフである。In another experimental example of the apparatus of FIG. 1, it is a graph which shows the power spectrum when not performing the conventional intensity modulation (No IM) and when applying the optimum intensity modulation (with IM). 図1の装置の別な実験例において、従来の強度変調を施さない場合(No IM)と、最適な強度変調を施した場合(with IM)を用い、DSF部およびSMF部で測定されたブリルアンゲインスペクトルのグラフである。In another experimental example of the device of Fig. 1, Brillouin measured in the DSF and SMF sections using the conventional intensity modulation (No IM) and the optimum intensity modulation (with IM). It is a graph of a gain spectrum. 図1の装置の別な実験例において、最適な強度変調を施した場合(with IM)において、各DSF部で測定されたブリルアン周波数のグラフである。FIG. 4 is a graph of Brillouin frequency measured in each DSF section when optimum intensity modulation is performed (with IM) in another experimental example of the apparatus of FIG. 1. 正弦波状の繰り返し波形で出力光を周波数変調した場合と、正弦波以外の繰り返し波形で出力光を周波数変調した場合の、周波数変調波形とスペクトル形状をそれぞれ示すグラフである。5 is a graph showing a frequency modulation waveform and a spectrum shape when the output light is frequency-modulated with a sine wave-like repetitive waveform and when the output light is frequency-modulated with a repetitive waveform other than a sine wave. 正弦波状の繰り返し波形で出力光を周波数変調した場合と、正弦波以外の繰り返し波形で出力光を周波数変調した場合において、(a)は正規化されたブリルアンゲインスペクトル形状を示すグラフであり、また(b)は絶対値ブリルアンゲインスペクトル形状を示すグラフである。(A) is a graph showing a normalized Brillouin gain spectrum shape when the output light is frequency-modulated with a sinusoidal repetitive waveform and when the output light is frequency-modulated with a repetitive waveform other than a sine wave; (B) is a graph which shows an absolute value Brillouin gain spectrum shape. 周波数変調のみを行なった場合のBOCDAシステムのシミュレーション結果であって、(a)は光源出力光の周波数変調波形と強度変調波形をそれぞれ示すグラフであり、(b)は光源出力光の時間平均スペクトル形状を示すグラフであり、(c)は出力スペクトル形状を示すグラフであり、(d)はブリルアン周波数シフト量とSNRとの関係を示すグラフである。It is a simulation result of the BOCDA system at the time of performing only frequency modulation, (a) is a graph which each shows the frequency modulation waveform and intensity | strength modulation waveform of light source output light, (b) is the time average spectrum of light source output light. It is a graph which shows a shape, (c) is a graph which shows an output spectrum shape, (d) is a graph which shows the relationship between a Brillouin frequency shift amount and SNR. 周波数変調に伴なう強度変調があった場合のBOCDAシステムのシミュレーション結果であって、(a)は光源出力光の周波数変調波形と強度変調波形をそれぞれ示すグラフであり、(b)は光源出力光の時間平均スペクトル形状を示すグラフであり、(c)は出力スペクトル形状を示すグラフであり、(d)はブリルアン周波数シフト量とSNRとの関係を示すグラフである。FIG. 7 is a simulation result of the BOCDA system when there is intensity modulation accompanying frequency modulation, where (a) is a graph showing the frequency modulation waveform and intensity modulation waveform of the light source output light, and (b) is the light source output. It is a graph which shows the time average spectrum shape of light, (c) is a graph which shows an output spectrum shape, (d) is a graph which shows the relationship between a Brillouin frequency shift amount and SNR. 周波数変調に同期して強度変調を施した場合のBOCDAシステムのシミュレーション結果であって、(a)は光源出力光の周波数変調波形と強度変調波形をそれぞれ示すグラフであり、(b)は光源出力光の時間平均スペクトル形状を示すグラフであり、(c)は出力スペクトル形状を示すグラフであり、(d)はブリルアン周波数シフト量とSNRとの関係を示すグラフである。It is a simulation result of the BOCDA system when intensity modulation is performed in synchronization with frequency modulation, where (a) is a graph showing the frequency modulation waveform and intensity modulation waveform of the light source output light, and (b) is the light source output. It is a graph which shows the time average spectrum shape of light, (c) is a graph which shows an output spectrum shape, (d) is a graph which shows the relationship between a Brillouin frequency shift amount and SNR. 時間平均スペクトルの両サイドにある程度強度を残すように、周波数変調に同期して強度変調を施した場合のBOCDAシステムのシミュレーション結果であって、光源出力光の周波数変調波形と強度変調波形をそれぞれ示すグラフである。This is a BOCDA system simulation result when intensity modulation is performed in synchronization with frequency modulation to leave some intensity on both sides of the time-average spectrum, showing the frequency modulation waveform and intensity modulation waveform of the light source output light, respectively. It is a graph. 図18におけるオリジナルの強度変調と、図19に示す最適化した強度変調のそれぞれにおける、出力スペクトル形状を示すグラフである。FIG. 20 is a graph showing output spectrum shapes in each of the original intensity modulation in FIG. 18 and the optimized intensity modulation shown in FIG. 19. 図18におけるオリジナルの強度変調と、図19に示す最適化した強度変調のそれぞれにおける、ブリルアン周波数シフト量とSNRとの関係を示すグラフである。20 is a graph showing the relationship between the Brillouin frequency shift amount and the SNR in each of the original intensity modulation in FIG. 18 and the optimized intensity modulation shown in FIG. 従来例における被測定光ファイバ内における相関ピークを模式的に示した概略説明図である。It is the schematic explanatory drawing which showed typically the correlation peak in the to-be-measured optical fiber in a prior art example. 相関位置に歪みを与えない場合と、相関位置に歪みを与えた場合におけるブリルアンスペクトル形状を原理的に示したグラフである。It is the graph which showed in principle the Brillouin spectrum shape when not giving distortion to a correlation position, and when giving distortion to a correlation position.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源(光源部)
4 光強度変調器(強度変調手段)
31 プローブ光生成手段
32 ポンプ光生成手段
33 測定手段
41 光学フィルタ(強度変調手段)
51 信号発生器(強度変調手段)
FUT 被測定光ファイバ
1 Light source (light source part)
4 Light intensity modulator (Intensity modulation means)
31 Probe light generation means
32 Pump light generation means
33 Measuring means
41 Optical filter (Intensity modulation means)
51 Signal generator (intensity modulation means)
FUT optical fiber to be measured

Claims (12)

周波数変調された光を出力する光源部と、
前記光源部からの出力光を周波数シフトさせ、被測定光ファイバの一端からプローブ光として入射させるプローブ光生成手段と、
前記光源部からの出力光を、前記被測定光ファイバの他端からポンプ光として入射させるポンプ光生成手段と、
前記ポンプ光と前記プローブ光との周波数差を掃引しながら、前記被測定光ファイバから出射される前記プローブ光のブリルアンゲインを検出し、前記被測定光ファイバの特性を測定する測定手段とを備えた光ファイバ特性測定装置において、
前記光源部の周波数変調に同期して、前記出力光の強度を変調させる強度変調手段を備えたことを特徴とする光ファイバ特性測定装置。
A light source unit that outputs frequency-modulated light;
A probe light generating means for shifting the output light from the light source unit and making it incident as a probe light from one end of the optical fiber to be measured;
Pump light generating means for causing the output light from the light source unit to be incident as pump light from the other end of the optical fiber to be measured;
Measuring means for detecting a Brillouin gain of the probe light emitted from the optical fiber to be measured while sweeping a frequency difference between the pump light and the probe light, and measuring characteristics of the optical fiber to be measured. In the optical fiber characteristic measuring device,
An optical fiber characteristic measuring apparatus comprising intensity modulation means for modulating the intensity of the output light in synchronization with frequency modulation of the light source unit.
前記強度変調手段は、前記出力光の周波数が変動中心に近づくにしたがって、その強度を最大値に近づけると共に、当該出力光の周波数が上限と下限に近づくにしたがって、その強度を最小値に近づけるものであることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ特性測定装置。  The intensity modulation means brings the intensity closer to the maximum value as the frequency of the output light approaches the fluctuation center, and approaches the minimum value as the frequency of the output light approaches the upper limit and the lower limit. The optical fiber characteristic measuring apparatus according to claim 1, wherein: 前記強度変調手段は、前記出力光の周波数が上限と下限に達するタイミングで、出力光の強度を最小値よりも大きな値にするものであることを特徴とする請求項2記載の光ファイバ特性測定装置。  3. The optical fiber characteristic measurement according to claim 2, wherein the intensity modulation means sets the intensity of the output light to a value larger than the minimum value at a timing when the frequency of the output light reaches the upper limit and the lower limit. apparatus. 前記強度変調手段を光強度変調器により構成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の光ファイバ特性測定装置。  The optical fiber characteristic measuring device according to any one of claims 1 to 3, wherein the intensity modulation means is constituted by a light intensity modulator. 前記強度変調手段を光学フィルタにより構成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の光ファイバ特性測定装置。  The optical fiber characteristic measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the intensity modulating means is configured by an optical filter. 前記強度変調手段を、正弦波以外の繰り返し波形で前記光源部からの出力光を周波数変調する信号発生器により構成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の光ファイバ特性測定装置。  The optical fiber according to any one of claims 1 to 3, wherein the intensity modulation means is configured by a signal generator that frequency-modulates output light from the light source unit with a repetitive waveform other than a sine wave. Characteristic measuring device. 光源部で周波数変調された光を周波数シフトさせ、被測定光ファイバの一端からプローブ光として入射し、
前記光源部で周波数変調された光を、前記被測定光ファイバの他端からポンプ光として入射し、
前記ポンプ光と前記プローブ光との周波数差を掃引しながら、前記被測定光ファイバから出射される前記プローブ光のブリルアンゲインを検出し、前記被測定光ファイバの特性を測定する光ファイバ特性測定方法において、
前記光源部の周波数変調に同期して、前記出力光に強度変調を施すことを特徴とする光ファイバ特性測定方法。
The frequency-modulated light of the light source unit is frequency-shifted, and incident as probe light from one end of the optical fiber to be measured.
The light frequency-modulated by the light source unit is incident as pump light from the other end of the measured optical fiber,
An optical fiber characteristic measuring method for detecting a Brillouin gain of the probe light emitted from the optical fiber to be measured while sweeping a frequency difference between the pump light and the probe light, and measuring characteristics of the optical fiber to be measured In
An optical fiber characteristic measuring method, wherein intensity modulation is performed on the output light in synchronization with frequency modulation of the light source unit.
前記出力光に施される強度変調は、前記出力光の周波数が変動中心に近づくにしたがって、その強度を最大値に近づけると共に、当該出力光の周波数が上限と下限に近づくにしたがって、その強度を最小値に近づけることであることを特徴とする請求項7記載の光ファイバ特性測定方法。  The intensity modulation applied to the output light brings the intensity closer to the maximum value as the frequency of the output light approaches the fluctuation center, and the intensity is increased as the frequency of the output light approaches the upper limit and the lower limit. The optical fiber characteristic measuring method according to claim 7, wherein the optical fiber characteristic measuring method is close to a minimum value. 前記出力光に施される強度変調は、前記出力光の周波数が上限と下限に達するタイミングで、出力光の強度を最小値よりも大きな値にすることであることを特徴とする請求項8記載の光ファイバ特性測定方法。  9. The intensity modulation applied to the output light is to make the intensity of the output light larger than a minimum value at a timing when the frequency of the output light reaches an upper limit and a lower limit. Optical fiber characteristics measurement method. 前記出力光に施される強度変調が、光強度変調器で行なわれることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一つに記載の光ファイバ特性測定方法。  The optical fiber characteristic measuring method according to any one of claims 7 to 9, wherein the intensity modulation applied to the output light is performed by a light intensity modulator. 前記出力光に施される強度変調が、光学フィルタで行なわれることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一つに記載の光ファイバ特性測定方法。  The optical fiber characteristic measuring method according to any one of claims 7 to 9, wherein the intensity modulation applied to the output light is performed by an optical filter. 前記出力光に施される強度変調が、正弦波以外の繰り返し波形で前記光源部からの出力光を周波数変調する信号発生器で行なわれることを特徴とする請求項7〜9のいずれか一つに記載の光ファイバ特性測定方法。  The intensity modulation applied to the output light is performed by a signal generator that frequency-modulates the output light from the light source unit with a repetitive waveform other than a sine wave. An optical fiber characteristic measuring method described in 1.
JP2007555933A 2006-01-27 2007-01-23 Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method Active JP4761258B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007555933A JP4761258B2 (en) 2006-01-27 2007-01-23 Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006019705 2006-01-27
JP2006019705 2006-01-27
PCT/JP2007/050950 WO2007086357A1 (en) 2006-01-27 2007-01-23 Optical fiber characteristic measuring device and optical fiber characteristics measuring method
JP2007555933A JP4761258B2 (en) 2006-01-27 2007-01-23 Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2007086357A1 JPWO2007086357A1 (en) 2009-06-18
JP4761258B2 true JP4761258B2 (en) 2011-08-31

Family

ID=38309147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007555933A Active JP4761258B2 (en) 2006-01-27 2007-01-23 Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7948614B2 (en)
JP (1) JP4761258B2 (en)
GB (1) GB2446761B (en)
WO (1) WO2007086357A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9784643B2 (en) 2012-08-27 2017-10-10 The University Of Tokyo Optical fiber property measuring device and optical fiber property measuring method

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4100574B2 (en) * 2005-12-01 2008-06-11 国立大学法人 東京大学 Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method
JP5070874B2 (en) * 2007-02-14 2012-11-14 住友電気工業株式会社 Measuring device, abnormality detection device and abnormality detection method
JP5043714B2 (en) 2008-02-21 2012-10-10 和夫 保立 Optical fiber characteristic measuring apparatus and method
JP2010139253A (en) * 2008-12-09 2010-06-24 Sumitomo Electric Ind Ltd Optical line monitoring system, and monitoring device included in the system
CA3175447A1 (en) * 2009-05-27 2010-12-02 Silixa Ltd Method and apparatus for optical sensing
CN103443604A (en) * 2011-01-27 2013-12-11 雷蒙特亚特特拉维夫大学有限公司 Distributed and dynamical Brillouin sensing in optical fiber
DE102011112893A1 (en) * 2011-09-06 2013-03-07 Philipp Kubina Method for time-resolved measurement of measurement signals generated in examination unit after stimulation by pulses and after scanning with temporally successive pulses, involves forming and digitalizing narrowband signals from pulses
US8693512B2 (en) 2011-12-22 2014-04-08 Jds Uniphase Corporation Frequency referencing for tunable lasers
CN102636287A (en) * 2012-04-06 2012-08-15 南昌航空大学 Brillouin signal frequency spectrum high-speed detecting method based on LM spectral line fitting algorithm
US8982340B2 (en) * 2012-07-20 2015-03-17 Ramot At Tel-Aviv University Ltd. Fast brillouin optical time domain analysis for dynamic sensing
ITBO20130142A1 (en) 2013-03-29 2014-09-30 Filippo Bastianini QUESTIONER FOR FIBER OPTIC DISTRIBUTED SENSORS FOR STIMULATED BRILLOUIN EFFECT USING A QUICKLY TUNING BRACELET RING LASER
CN103292903B (en) * 2013-06-09 2014-12-10 哈尔滨工业大学 Spectrum analytical device and spectrum analytical method based on Brillouin dynamic grating
CN103674110B (en) * 2013-11-26 2016-06-01 北京航天时代光电科技有限公司 A kind of distribution type fiber-optic temperature strain sensor based on Brillouin's light amplification detection
US9823098B2 (en) 2014-05-05 2017-11-21 Filippo Bastianini Apparatus for interrogating distributed optical fibre sensors using a stimulated brillouin scattering optical frequency-domain interferometer
CN103983755B (en) * 2014-05-29 2015-07-08 中国地质科学院岩溶地质研究所 Simulation test system in variable load fiber strain karst collapse process
CN104019836B (en) * 2014-06-23 2016-03-30 哈尔滨工业大学 Based on relevant dual-pulse time series technique Brillouin optical time domain analysis instrument and the method utilizing this analyser suppression common-mode noise
CN104535094B (en) * 2015-01-14 2017-02-22 华北电力大学(保定) Optical fiber Brillouin spectrum fitting method for pulse light
JP6866723B2 (en) * 2017-03-28 2021-04-28 沖電気工業株式会社 Vibration detection Optical fiber sensor and vibration detection method
CN108181088B (en) * 2017-11-28 2018-11-23 陈宣佑 A kind of propeller for watercraft propeller detection method and device
KR102040598B1 (en) * 2018-05-16 2019-11-27 한국표준과학연구원 Fiber optic BOCDA sensor using phase code modulation of pump and probe light with time difference
JP6791218B2 (en) * 2018-09-07 2020-11-25 横河電機株式会社 Optical fiber characteristic measuring device and optical fiber characteristic measuring method
JP2020063971A (en) 2018-10-17 2020-04-23 横河電機株式会社 Optical fiber characteristic measuring device and optical fiber characteristic measurement method
CN109781154B (en) * 2019-02-14 2021-06-22 哈尔滨工业大学 Brillouin correlation domain analysis system with high spatial resolution based on intensity modulation
CN113447071A (en) * 2021-05-31 2021-09-28 浙江万里学院 Optical fiber Brillouin frequency shift extraction method based on artificial neural network
CN114353685A (en) * 2022-01-12 2022-04-15 太原理工大学 High-frequency dynamic strain measuring device and method based on chaotic Brillouin phase spectrum

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6486032A (en) * 1987-09-29 1989-03-30 Nippon Telegraph & Telephone Optical fiber evaluator
JP2007155409A (en) * 2005-12-01 2007-06-21 Univ Of Tokyo Optical fiber characteristic measuring device and optical fiber characteristic measuring method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2589345B2 (en) * 1988-06-24 1997-03-12 日本電信電話株式会社 Method and apparatus for evaluating characteristics of optical fiber
JP3667132B2 (en) * 1998-12-14 2005-07-06 アンリツ株式会社 Brillouin gain spectrum measurement method and apparatus
JP3607930B2 (en) * 2001-07-02 2005-01-05 和夫 保立 Optical fiber characteristic measuring apparatus and method
WO2004040241A1 (en) * 2002-11-01 2004-05-13 Kinzo Kishida Distributed optical fiber sensor system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6486032A (en) * 1987-09-29 1989-03-30 Nippon Telegraph & Telephone Optical fiber evaluator
JP2007155409A (en) * 2005-12-01 2007-06-21 Univ Of Tokyo Optical fiber characteristic measuring device and optical fiber characteristic measuring method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9784643B2 (en) 2012-08-27 2017-10-10 The University Of Tokyo Optical fiber property measuring device and optical fiber property measuring method

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2007086357A1 (en) 2009-06-18
WO2007086357A1 (en) 2007-08-02
US20100225900A1 (en) 2010-09-09
US7948614B2 (en) 2011-05-24
GB0811693D0 (en) 2008-07-30
GB2446761B (en) 2010-02-17
GB2446761A (en) 2008-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4761258B2 (en) Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method
JP4100574B2 (en) Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method
JP5105302B2 (en) Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method
JP5936057B2 (en) Optical fiber characteristic measuring apparatus and optical fiber characteristic measuring method
KR101182650B1 (en) Distributed optical fiber sensor and sensing method using bbrillouin scattering
CN110440900B (en) Optical fiber distributed acoustic wave sensing system
JP2016502073A (en) Lidar measurement system and lidar measurement method
JP5043714B2 (en) Optical fiber characteristic measuring apparatus and method
JP6713679B2 (en) Optical fiber characteristic measuring device and optical fiber characteristic measuring method
Veng et al. Fringe disappearance in self-mixing interferometry laser sensors: Model and application to the absolute distance measurement scheme
KR20130099353A (en) Distributed optical fiber sensor and sensing method using simultaneous sensing of brillouin gain and loss
Noghani et al. Fast and high spatial resolution distributed optical fiber sensor
Minardo et al. Analysis of SNR penalty in Brillouin optical time-domain analysis sensors induced by laser source phase noise
Tanaka et al. Wide range distance measurement over 50 km based on highly sensitive detection of the two-photon absorption photocurrent from a Si-APD
KR100468612B1 (en) Fiber Optic Brillouin OTDA(Optical Time Domain Analysis) Sensor System and the Strain Measurement Method of Large Structures
JP2020051941A (en) Optical fiber strain and temperature measuring device, and optical fiber strain and temperature measuring method
Jeong et al. Measurement range enlargement in Brillouin optical correlation domain analysis using multiple correlation peaks
Zhang et al. Controllable ultraslow light propagation in highly-doped erbium fiber
EP3150969B1 (en) Sensor for measuring the distribution of physical magnitudes in an optical fibre and associated measuring method
CN114279476B (en) Distributed optical fiber sensing device based on phase type chaotic laser and measuring method thereof
Zarifi et al. Distributed SBS sensing in a silicon-chalcogenide platform
JP2000121500A (en) Method for measuring optical fiber dispersion
Lalam et al. Performance improvement of phase-optical time domain reflectometry (Φ-OTDR) based on wavelength diversity technique
Youn et al. High-resolution distributed analysis on Brillouin dynamic grating by differential measurement and matched filtering
Urricelqui Polvorinos et al. Sources of noise in Brillouin optical time-domain analyzers

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110404

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110418

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110516

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140617

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4761258

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110529

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250